Se você acompanha o nosso blog já sabe que as estromais mesenquimais (MSCs) formam uma população heterogênea que contribuem para a regeneração e homeostase dos tecido. Com tamanho potencial, as MSCs podem ser utilizadas terapeuticamente para o tratamento de diversas patologias, no entanto, a dificuldade de entrega e enxertia dessas células em tecidos lesados continua sendo um desafio para a translação dessas terapias.
O que pouca gente sabe é que as MSCs possuem mecanotransdutores em seu citoesqueleto, que tem a capacidade de avaliar a elasticidade do meio extracelular sondando a resistência às forças aplicadas.Essa sinalização por sua vez, pode direcionar inclusive a diferenciação celular. ].
Além do papel fisiológico, isso é importante para a engenharia de tecidos, uma vez que a busca por scaffolds ideiais é um ponto extremamente relevante nesse campo. Nesse sentido, esses scaffolds poderiam imitar matrizes naturais, sendo assim, entender que a elasticidade da matriz também é um ponto importante que pode induzir inclusive a diferenciação de células de interesse. Nesse sentido, a compreensão dos efeitos físicos do microambiente in vivo, incluindo a elasticidade da matriz, pode contribuir para os avanços dos usos terapêuticos das células..
Desmossomos e suas interações com as células-tronco
Os desmossomos são junções intercelulares que conferem forte adesão célula-célula. Evidências indicam que desmossomos de células mesenquimais humanas, conseguem perceber a elasticidade da matriz onde estão inseridas e que essa percepção é traduzida em alterações celulares que podem inclusive levar à diferenciação celular. [2].
Essa regulação induzida pelo grau de rigidez da matriz pode ser complementar e até sinérgica aos efeitos regulatórios dos meios de cultura especializados, e são capazes de direcionar a diferenciação das células mesenquimais em diferentes linhagens específicas.
As MSCs são altamente sensíveis às propriedades mecânicas do seu microambiente
No artigo, os autores demonstraram que em resposta à elasticidade do substrato as MSCs apresentaram alterações morfológicas e estruturais.
No trabalho foi demonstrado que em substratos macios revestidos de colágeno que imitam a elasticidade do cérebro (E ∼ 8–17 kPa), as MSCs aderem, espalham-se e exibem uma morfologia cada vez mais ramificada e rica em filopódios semelhantes a neurônios [3].
Já a elasticidade do músculo estriado, mimetizada por matrizes 10 vezes mais rígidas (E ∼ 8–17 kPa) induziu a formação de células fusiformes semelhantes a mioblastos [3].
Por último, o cultivo de MSCs em matrizes mais rígidas (E 25–40 kPa) propiciou a diferenciação em células de formatopoligonal semelhantes à osteoblastos [3].
A especificação da linhagem orientada pela elasticidade de matriz depende da atividade da miosina II não muscular
As isoformas da miosina II não muscular (NMM II) estão envolvidas com a função de força, e são inibidas pela blebbistatina.
Num artigo publicado na revista Cell, os autores observaram que a adição de blebbistatina durante o plaqueamento bloqueia a ramificação, alongamento e espalhamento das MSCs em qualquer substrato, no entanto, a adição de blebbistatina 24 h pós-placa não era capaz de reverter a forma das células após elas já terem se espalhado e adotado sua morfologia diferenciada [3].
Expressão gênica confirma a diferenciação das MSCs induzida pela elasticidade da matriz
Análise da expressão gênica de marcadores neurogênicos, miogênicos e osteogênicos, nas MSCs submetidas ao cultivonos diferentes substratos, foi compatível com as alterações morfológicas observadas, demonstrando que a elasticidade da matriz induziu a diferenciação das MSCs nesses tipos celulares.
Nesse sentido, os autores demonstraram que nas matrizes mais macias, as MSCs mostraram maior expressão de transcritos neurogênicos, como nestina e β3 tubulina, expressos em neurônios imaturos, bem como do neurofilamento de cadeia leve (NFL) e a proteína NCAM [3].
Em matrizes de rigidez moderada (E1 kPa), as MSCs tiveram expressão aumentada de fatores miogênicos (por exemplo, MyoD) [3].
Nas matrizes mais rígidas (34 kPa), as MSCs expressavam a osteocalcina e outros fatores relacionados a diferenciação óssea como o CBFα1 [3].
É importante ressaltar que no artigo publicado os perfis transcricionais de MSCs em passagens mais precoces, não diferiu das MSCs em passagens mais tardias (até a passagem 12) embora trabalhos já tenham demonstrado que a expansão celular pode alterar o potencial de diferenciação in vitro das MSCs [4].
O papel das miosinas na diferenciação das MSCs
Forças geradas e/ou impostas ao citoesqueleto de actina das células podem influenciar a diferenciação das MSCs, funcionando como um feedback direcionado pela elasticidade do microambiente [5].
No trabalho publicado na revista Cell, autores também observaram que transcritos de miosina foram regulados positivamente em matrizes mais rígidass (11 e 34 kPa) quando comparados a matrizes mais macias [3].
Nesse sentido, a medida que a rigidez da matriz aumenta, a célula altera sua expressão de miosina não muscular para gerar maiores forças em seu citoesqueleto de actina.
Possíveis Implicações para Terapias com Células-Tronco
As aplicações terapêuticas de diferentes tipos celulares estão sendo investigadas para o tratamento de lesões nos mais diversos tecidos.
Descobertas recentes levantaram a possibilidade de que o microambiente lesionado perca a conformidade com a cicatrização fibrótica, produzindo um ambiente não indutor, onde as células-tronco não podem remodelar suficientemente.
Nesse sentido, o desenvolvimento de produtos associando matrizes à células de interesse é um campo promissor da Medicina Regenerativa.
Sendo assim, os resultados apresentados neste estudo da Cell sugerem a necessidade de otimizar a elasticidade da matriz para promover a regeneração do órgão alvo
Dessa forma, o condicionamento das células, induzido por matrizes adequadas pode ser o fator chave para o desenvolvimento de produtos mais eficazes capazes de superar parcialmente um microambiente in vivo inapropriado.
A In Situ é uma startup de base tecnológica da área da saúde, que utiliza a terapia celular como ferramenta para a criação de produtos inovadores com foco na cicatrização de tecidos.
Referências:
[1] Even-Ram S, Artym V, Yamada KM. Matrix control of stem cell fate. Cell. 2006 Aug 25;126(4):645-7. doi: 10.1016/j.cell.2006.08.008. PMID: 16923382.
[2] Kowalczyk AP, Green KJ. 2013. Structure, function, and regulation of desmosomes. Prog Mol Biol Transl Sci 116: 95–118.
[3] Engler AJ, Sen S, Sweeney HL, Discher DE. Matrix elasticity directs stem cell lineage specification. Cell. 2006 Aug 25;126(4):677-89. doi: 10.1016/j.cell.2006.06.044. PMID: 16923388.
[4] A. Maitra, D.E. Arking, N. Shivapurkar, M. Ikeda, V. Stastny, K. Kassauei, G. Sui, D.J. Cutler, Y. Liu, S.N. Brimble, K. Noaksson, J. Hyllner, T.C. Schulz, X. Zeng, J. Crook, S. Abraham, A.Colman, P. Sartiny, S. Matsui, M. Carpenter, A.F. Gazdar, M. Rao, A. Chakravarti. Genomic alterations in cultured human embryonic stem cells. Nat Genet., 2005 37, pp. 1099-1103.
[5] A.J. Engler, M.A. Griffin, S. Sen, C.G. Bonnemann, H.L. Sweeney, D.E. Discher Myotubes differentiate optimally on substrates with tissue-like stiffness: pathological implications for soft or stiff microenvironments J. Cell Biol., 2004 166, pp. 877-88.
Linkagem:
Scaffolds: Materiais https://www.insitu.com.br/terapia-celular-o-que-sao-scaffolds/
