Microrrobôs magnéticos levam células-tronco à medula espinhal sem eletrodos

Fazer com que células-tronco transplantadas virem tecido nervoso dentro de uma lesão na medula espinhal exige um empurrão.

Até hoje, esse empurrão quase sempre dependia de eletrodos implantados cirurgicamente perto da medula.

O problema é que o tecido da medula tolera muito mal qualquer contacto físico. Por isso, um grupo de Zurique encontrou uma forma de eliminar a cirurgia por completo.

Eles criaram algo pequeno o bastante para viajar pela corrente sanguínea e usaram um ímã, mantido do lado de fora do corpo, para conduzir e ativar o sistema. Assim, o reparo começou sem que um único eletrodo fosse colocado dentro.

Nervos continuam danificados

A dificuldade começa na biologia. Neurônios da medula espinhal quase nunca voltam a crescer depois de serem seccionados e, além disso, o tecido cicatricial que se forma ao redor da lesão preenche a região e fecha a passagem, impedindo que fibras consigam atravessar a lacuna.

Uma alternativa tem sido transplantar células-tronco para a área danificada e, em alguns casos, estimular esse enxerto com pulsos elétricos suaves.

Só que esses pulsos geralmente exigem eletrodos posicionados junto a um tecido que reage mal a qualquer perturbação. E mesmo quando as células chegam ao alvo, a maioria morre ou não se integra ao tecido ao redor.

Era preciso uma forma mais delicada de entrada. Pesquisadores assumiram esse desafio no Instituto Federal Suíço de Tecnologia em Zurique (ETH Zurich).

O projeto foi liderado pelo professor Salvador Pané i Vidal, chefe do Laboratório de Robótica Multi-Escala.

Microrrobôs minúsculos

A solução proposta combina células vivas com um componente mecânico quase invisível. Cada microrrobô é acoplado a uma célula progenitora neural.

Trata-se de uma célula jovem, capaz de se diferenciar em diferentes partes do sistema nervoso, com nanopartículas engenheiradas fixadas à sua superfície.

Essas células são obtidas a partir de células adultas comuns, que no laboratório são reprogramadas para voltar a um estado jovem e não especializado.

Esse método, descrito em trabalhos anteriores, transformou a medicina regenerativa e permite direcionar essas células para um destino neural. Já as partículas atuam em duas camadas.

Eletricidade e magnetos

O núcleo se deforma quando exposto a um campo magnético, e a camada externa converte essa deformação em um impulso elétrico fraco. O conjunto todo mede cerca de 6 micrômetros de diâmetro.

A montagem é feita em um chip do tamanho de uma unha e fica pronta em cerca de 30 minutos.

“Colocamos um reservatório no centro onde prendemos as células. Em seguida, injetamos as nanopartículas e esperamos que os dois componentes se liguem”, disse Pané i Vidal.

Direcionamento dentro do corpo

Depois de injetados, os microrrobôs não ficam à deriva. Um campo magnético fraco, aplicado do lado de fora do corpo, agarra os núcleos ricos em ferro e faz com que eles rolem para a frente, permitindo que a equipa os conduza até um ponto escolhido.

Para demonstrar o controlo, eles fizeram um único microrrobô rolar sobre uma placa de vidro e desenhar letras.

Os pesquisadores também avaliaram o sistema em larvas de peixe-zebra, peixes pequenos e transparentes usados com frequência em estudos de laboratório.

No interior desses animais, eles conduziram os microrrobôs por uma artéria de fluxo rápido, deslocando-os tanto a favor quanto contra a corrente.

Ir contra o fluxo do sangue foi mais lento, porém mais estável; já seguir com a corrente trouxe rajadas ocasionais de velocidade.

Manter uma trajetória num fluxo sanguíneo em movimento é difícil - e, ainda assim, os microrrobôs conseguiram.

Acordando as células

Levar os microrrobôs até o lugar certo é apenas metade do trabalho - e nem é a metade mais difícil. As células ainda precisam amadurecer e virar tecido nervoso funcional, e é aí que o campo magnético entra novamente.

Ao mudar para um campo rapidamente alternado, as partículas presas a cada célula emitem minúsculos pulsos elétricos. Esses pulsos parecem abrir canais na membrana celular.

Com isso, o cálcio entra em grande quantidade e, ao que tudo indica, aciona o processo que transforma a célula em neurônio.

O uso de magnetismo para fazer partículas fornecerem pequenos estímulos elétricos já havia sido testado antes, em um estudo anterior com tecido cerebral.

O que ainda não tinha sido demonstrado era combinar essa estratégia com células que podem ser guiadas magneticamente até uma lesão específica da medula espinhal.

Peixes que voltaram a nadar

A prova mais direta veio em peixes com lesões recentes na medula. Sem tratamento, eles mal se moviam, e os casos mais graves ficavam totalmente paralisados, à deriva em um único ponto em vez de explorar os seus poços.

Peixes são um caso especial porque a medula espinhal deles consegue regenerar com o tempo. Mesmo assim, os animais tratados recuperaram mais rápido do que aqueles deixados para cicatrizar sozinhos.

Em até três dias, os peixes que receberam o tratamento completo nadavam quase normalmente, sinalizando uma recuperação substancial da função motora. Nenhum dos dois grupos de comparação chegou ao mesmo nível.

O teste maior

Peixes são modelos mais “tolerantes”. Camundongos, muito menos. A medula deles, assim como a nossa, não se recompõe após uma secção limpa.

Quando a equipa cortou completamente a medula espinhal de um camundongo e depois administrou os microrrobôs, os animais recuperaram movimento real em até quatro semanas.

Ninguém havia mostrado que um robô magnético transportando células poderia produzir esse efeito. Os camundongos também toleraram bem o procedimento.

Ao longo de pelo menos 28 dias, os pesquisadores não observaram toxicidade nem reação imune adversa, e os microrrobôs se concentraram na lesão em vez de se dispersar pelo corpo.

A cura ainda está à frente

O que diferencia a combinação é a capacidade de conduzir uma única máquina minúscula até a lesão e, em seguida, ativá-la de fora do corpo.

Depois disso, o sistema consegue incentivar as células transplantadas a se tornarem novo tecido nervoso em uma medula que, de outra forma, permaneceria danificada. Para pacientes, o apelo está justamente no que o método evita.

Não há eletrodos implantados. O campo magnético faz o trabalho através da pele, sem que nada precise ser passado para dentro da própria medula.

Ainda há uma grande distância entre camundongos e pessoas, e a medula espinhal humana é muito maior do que qualquer coisa testada até agora.

Mesmo assim, a mesma abordagem pode vir a ser direcionada a outros pontos difíceis de alcançar, como tumores persistentes ou músculo cardíaco lesionado - em qualquer situação em que o tratamento precise chegar a um local único e exato.