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  1. 1. Estratégias para neuro-restauração em modelos experimentais de doença de Parkinson 387 REVENDO CIÊNCIAS BÁSICAS Estratégias para neuro-restauração em modelos experimentais de doença de Parkinson Strategies for neuronal recovery in experimental models of Parkinson’s disease Márcia Cristina Leite Pereira1, Daniela Emi Suzuki2, Luciana Janjoppi3, Oswaldo Keith Okamoto4RESUMO neurons, preservation of neuronal circuitry, and alleviation of someModelos experimentais animais têm sido fundamentais para o avanço clinical symptoms, especially the motor ones, fundamental issues stilldo conhecimento a respeito da fisiopatologia da doença de Parkinson, persist and must be addressed before cell therapy be established as anbem como ao desenvolvimento de novas abordagens terapêuticas alternative treatment to Parkinson´s Disease. In addition to the directbaseadas em processos intrínsecos à sua patogênese. Entre as novas replacement of dopaminergic neurons, alternative mechanisms ofestratégias terapêuticas atualmente em experimentação, destacam-se neural restoration are being tested, such as manipulation of the cellularas baseadas em processos neurorrestauradores pelo transplante com niche and recruitment of endogenous neural progenitors. Safety is onecélulas-tronco neurais e/ou neuroprogenitores fetais. Embora estudos key issue to demonstrate the feasibility of cell therapy protocols. Topré-clínicos demonstrem efeitos positivos com relação à reposição this end, chronic studies using animal models of Parkinson’s diseasede neurônios dopaminérgicos, preservação de circuitária neuronal e are also critical and must be performed in order to access occasionalamenização de sintomas clínicos, principalmente os motores, questões motor, cognitive, and behavioral disturbs, as well as the possibility offundamentais ainda persistem e devem ser pesquisadas antes que a tumor development.terapia celular se consolide como alternativa ao tratamento da doençade Parkinson. Além da reposição de neurônios dopaminérgicos, Keywords: Parkinson disease; Stem cells; Experimental models; Cella manipulação do microambiente celular e a mobilização de therapy; Neuronal recovery.neuroprogenitores endógenos surgem como alternativas a seremexploradas. Em relação à segurança desses procedimentos, estudosde longo prazo em modelos animais são importantes e devem ser INTRODUÇÃOrealizados para acessar eventuais distúrbios motores, cognitivos e Originalmente descrita em 1817 pelo médico inglêscomportamentais, bem como a possibilidade de desenvolvimento de James Parkinson, a doença de Parkinson (DP) é umatumores. condição neurodegenerativa progressiva que afeta aproximadamente um milhão de pessoas só nos EUA(1).Descritores: Doença de Parkinson;  Células-tronco;  Modelos Embora a incidência seja maior em indivíduos com idadeexperimentais; Terapia celular; Neurorrestauração entre 50 e 70 anos, com pico aos 60 anos, a DP também pode se manifestar antes dos 40 anos (Parkinson de inícioABSTRACT precoce) ou 20 anos de idade (Parkinson juvenil)(2). As manifestações clínicas características da DP incluemExperimental animal models have been considered essential to better bradicinesia, acinesia, alterações na fala e na escrita,understand the physiopathology of Parkinson’s Disease, as well asto test new therapeutic approaches targeting essential processes tremores, rigidez muscular, anormalidades de locomoçãorelated to its development. Neuronal recovery based on neural stem e instabilidade postural(1).cell and/or fetal neural progenitor cell transplantation is one promising A DP é marcada pela degeneração dos neurôniosstrategy currently in development. Although pre-clinical studies dopaminérgicos da substância negra, deficiência de tirosinasuggest positive effects based on replacement of dopaminergic hidroxilase e presença de inclusões intracitoplasmáticas1   Pós-graduanda, Universidade Federal de São Paulo – UNIFESP, São Paulo (SP), Brasil.2   Pós-graduanda da Disciplina de Neurologia Experimental, Departamento de Neurologia e Neurocirurgia da Universidade Federal de São Paulo – UNIFESP, São Paulo (SP), Brasil.3   Pós-graduanda da Disciplina de Neurologia Experimental, Departamento de Neurologia e Neurocirurgia da Universidade Federal de São Paulo – UNIFESP, São Paulo (SP), Brasil.4   Professor Adjunto da Disciplina de Neurologia Experimental, Departamento de Neurologia e Neurocirurgia da Universidade Federal de São Paulo – UNIFESP, São Paulo (SP), Brasil. Autor correspondente: Oswaldo Keith Okamoto – Rua Botucatu, 862 – Edifício Leal Prado – CEP 04023-900 – São Paulo (SP), Brasil – Tel.: 11 5576-4508 – e-mail: keith.nexp@epm.br  Data de submissão: 4/12/2007 – Data de aceite: 12/12/2007 Os autores declaram não existir conflitos de interesse. einstein. 2007; 5(4):387-391
  2. 2. 388 Pereira MCL, Suzuki DE, Janjoppi L, Okamoto OKricas em α-sinucleína, denominadas corpos de Lewy(3). a inervação dopaminérgica do estriado(11). EstudosNessa doença, as áreas dopaminérgicas do sistema demonstraram que, em longo prazo, xenotransplantes denervoso central não são equivalentemente afetadas. neurônios dopaminérgicos são viáveis em pacientes comInicialmente, a perda neuronal tende a ser maior na DP, provocando melhora na função motora(12).camada ventrolateral da substância negra (estimada em60% a 70%), progredindo para as camadas medial ventrale dorsal. Uma perda extensiva de neurônios também MODELOS EXPERIMENTAISé observada no tronco encefálico, no hipotálamo, no Modelos experimentais utilizando animais têmcórtex e no núcleo basal de Meynert(4). Esse padrão de sido de fundamental importância para o avanço doperda neuronal também está correlacionado com  menor conhecimento à cerca da fisiopatologia da DP, bem comoexpressão de transportadores de dopamina(5). Diversos ao desenvolvimento de novas abordagens terapêuticasfatores têm sido implicados na degeneração neuronal da baseadas em processos intrínsecos à sua patogênese.DP, incluindo disfunção mitocondrial, estresse oxidativo, Segundo Beal (2001)(13), um modelo animal ideal paradeficiência de fatores neurotróficos e ação do sistema estudo da DP deve apresentar as seguintes características:imune(6). neurônios dopaminérgicos completamente normais nas fases iniciais do desenvolvimento pós-natal, com perda gradual e seletiva desses neurônios na faseTERAPIAS DISPONÍVEIS adulta, superior a 50% conforme detecção por técnicasA levodopa foi introduzida em 1967 para o tratamento bioquímicas e neuropatológicas. Tal neurodegeneraçãoda DP, sendo até o hoje o tratamento mais efetivo para deve necessariamente estar associada a defeitos motoreso controle dos distúrbios motores da doença. Cerca de comumente observados na DP. Nenhum dos modelos90% dos pacientes com DP apresentam boa resposta experimentais atuais, entretanto, atende plenamente ainicial para a levodopa. Estudos demonstraram que a todos esses critérios.sobrevivência dos pacientes é significativamente reduzida Muitos modelos experimentais de DP baseiam-sese a droga não for administrada até a incapacidade na ação de neurotoxinas como a 6-hidroxi-dopamina,ou o enfraquecimento dos reflexos posturais(7). No o primeiro agente usado para esse fim. A 6-hidroxi-entanto, os relatos sobre o uso da levodopa são um dopamina é uma toxina eficaz em ratos, camundongos,tanto controversos. Há indícios de que essa substância gatos e primatas, predominantemente usada paraapresente importante benefício terapêutico apenas nos produção de lesões unilaterais. A droga é injetadaprimeiros anos de tratamento (5 a 7 anos), perdendo na substância negra e se acumula nos neurônioseficiência no tratamento de longo prazo, quando muitos dopaminérgicos. A sua ação neurotóxica é atribuídapacientes deixam de responder à droga(8). Outros estudos à geração de radicais livres. Em ratos, os efeitos dademonstram que essa perda de eficiência é restrita ao depleção extensa de dopamina podem ser acessadoscontrole de certos sintomas motores(7). por exames comportamentais, como o teste rotatório O uso prolongado da levodopa pode desencadear, em resposta à anfetamina(14). Embora os efeitos da 6-entretanto, complicações motoras como discinesias. Em hidroxi-dopamina causem sintomas semelhantes aos dacertos casos, a levodopa pode apresentar toxicidade, DP, as lesões proporcionadas não resultam na formaçãopossivelmente pela exacerbação do processo de perda e de corpos de Lewy na substância negra(15).reposição de dopamina e pela formação de radicais livres Substâncias quimicamente análogas a pesticidascomo o peroxinitrito(8). Contudo, os dados experimentais também são empregadas em estudos de DP, a exemploe clínicos disponíveis não são conclusivos em relação à da rotenona, um composto extraído da raiz de umalevodopa acelerar o processo neurodegenerativo. espécie de planta. Nesse modelo, animais (usualmente Outras drogas, como os agentes anticolinérgicos, ratos) submetidos a uma infusão intravenosa de rotenonatambém são empregadas para tratamento da DP, apesar desenvolvem progressiva degeneração de neurôniosde o benefício oferecido ser considerado moderado. nigroestriatais, acompanhada de deficiências na enzimaEstudos de longo prazo com administração de agonistas tirosina hidroxilase e no transporte de dopamina, além dade dopamina em pacientes com DP sem tratamento presença de estruturas semelhantes aos corpos de Lewyprévio com levodopa obtiveram boas respostas clínicas. na substância negra. Entre os efeitos comportamentais,Certos pacientes não apresentaram variações motoras destacam-se a bradicinesia, a instabilidade postural e ospor períodos de até cinco anos(9). tremores(13). Estratégias alternativas de tratamento da DP em Outro importante modelo experimental de DPexperimentação incluem a estimulação elétrica cerebral, emprega a neurotoxina 1-metil-4-fenil-1,2,3,6-que pode atenuar em até 80% os tremores(10) e transplantes tetraidropiradina (MPTP), cuja estrutura química sede células mesencefálicas fetais humanas para restaurar assemelha à do herbicida paraquat. A descoberta dessaeinstein. 2007; 5(4):387-391
  3. 3. Estratégias para neuro-restauração em modelos experimentais de doença de Parkinson 389toxina ocorreu em 1982, quando um grupo de usuáriosde drogas sintéticas na Califórnia desenvolveu sintomasirreversíveis da DP. O MPTP pode ser originado por errosno processo de síntese química de heroína e os seus efeitossão observados horas ou dias após sua administração. Taisefeitos do MPTP foram subseqüentemente avaliados eexplorados em animais de laboratório, principalmenteratos e primatas, para o entendimento da fisiopatologiada DP(16-17). A administração do MPTP em macacosdesenvolve sinais clínicos de DP, incluindo tremores,rigidez muscular e instabilidade postural(17-18). Em geral,os primatas apresentaram inclusões neuronais que seassemelham aos corpos de Lewy e respondem bem aotratamento com levodopa ou com receptores agonistasdopaminérgicos(19). Existem, ainda, modelos experimentais de DP baseadosna expressão de α-sinucleína. No modelo experimentaldesenvolvido por Feany e Bender em 2000(20), drosófilasmutantes para a expressão de α-sinucleína apresentamuma perda de neurônios dorsomediais com expressão detirosina hidroxilase. As moscas mutantes desenvolvemdisfunção locomotora com progressão da idade, masainda não foi determinado se esses déficits podem serrevertidos com o uso de fármacos.CÉLULAS-TRONCO E DOENÇA DE PARKINSONA terapia celular busca restaurar o funcionamentode tecidos ou órgãos por meio da proteção celular oureposição de células danificadas por células sadias. O Figura 1. Hipóteses sobre os efeitos neurorrestauradores decorrentes do transplante de células-tronco em modelos experimentais de doença de Parkinsondesenvolvimento de terapias baseadas em transplantescelulares na DP, entretanto, implica necessariamentea superação de algumas barreiras quanto à obtenção sido dificultada em certos países pelas implicaçõesde neurônios dopaminérgicos transplantáveis. Com o éticas associadas à destruição de embriões. Quantoavanço nas pesquisas com células-tronco (CT), fontes à sua aplicação terapêutica, além do impasse ético,alternativas de células humanas saudáveis passam a ser dificuldades técnicas como compatibilidade genéticavislumbradas. entre doador e receptor e inibição de desenvolvimento As CT e as células progenitoras tecido-específicas tumoral são grandes desafios a serem superados.constituem importante fonte para reposição celular, Entre as atuais propostas para o contorno de algumaspodendo ser transplantadas diretamente no sítio de lesão dessas barreiras, destacam-se a obtenção de CTE porou recrutadas a ele mediante estimulação da síntese de clonagem terapêutica(23) e a reprogramação genéticamoléculas quimiotáticas. Além de tecidos embrionários, de células somáticas, cuja viabilidade foi recentementeCT podem ser encontradas em pequenas quantidades demonstrada(24-25).nos tecidos fetais ou do indivíduo adulto(21). Tais células As CTA e as células neuroprogenitoras sãosão conhecidas por células-tronco somáticas ou “adultas” candidatas naturais para uso terapêutico em doenças(CTA) e, assim como as CT embrionárias (CTE), neurodegenerativas como o mal de Parkinson. Apossuem duas características essenciais: capacidade de viabilidade do princípio foi demonstrada em estudosauto-renovação por longos períodos e de geração de clínicos com portadores de DP submetidos a transplantecélulas com funções específicas. intra-estriatal de tecido mesencefálico fetal. Novos De fato, um estudo em modelo experimental de neurônios viáveis e funcionais, secretores de dopamina,DP em ratos verificou que o transplante com CTE foram detectados após o transplante, integrados aoresulta em aumento de neurônios dopaminérgicos circuito neuronal preexistente. Entretanto, o benefíciofuncionais, com reversão de sintomas clínicos (22) clínico do procedimento é ainda considerado bastante(Figura 1). Entretanto, a pesquisa com CTE tem modesto, com ocorrência de discinesias em certos casos, einstein. 2007; 5(4):387-391
  4. 4. 390 Pereira MCL, Suzuki DE, Janjoppi L, Okamoto OKdemonstrando a necessidade de ajustes e otimizações de REFERÊNCIASprotocolo clínico(26). 1. Lang AE, Lozano AM. Parkinson’s disease. First of two parts. N Engl J Med. Em um estudo recente, Redmond et al.(27) demonstraram 1998;339(15):1044-53.que CT neurais (CTN) humanas xenotransplantadas em 2. Meneses MS, Teive HAG. Doença de Parkinson: aspectos clínicos e cirúrgicos.primatas submetidos ao modelo de Parkinson induzido Rio de Janeiro: Guanabara Koogan; 1996.por MPTP podem sobreviver, migrar e recuperar déficits 3. Lotharius J, Brundin P. Pathogenesis of Parkinson’s disease: dopamine, vesicles and alpha-synuclein. Nat Rev Neurosci. 2002;3(12):932-42.comportamentais inerentes à redução dos níveis dedopamina no sistema nigroestriatal. Além da geração de 4. Fearnely JM, Lees AJ. Ageing and Parkinson’s disease: substancia nigra regional selectivity. Brain.1991;114(Pt 5):2283-301.novos neurônios com expressão de tirosina hidroxilase ou 5. Uhl GR, Walther D, Mash D, Faucheux B, Javoy-Agid F. Dopamine transportertransportador de dopamina, derivados da diferenciação messenger RNA in Parkinson’s disease and control substantia nigra neurons.de CTN, esses autores verificaram também que o Ann Neurol. 1994;35(4):494-8.transplante de CTN melhorou o microambiente celular, 6. Sherer TB, Betarbet R, Greenamyre JT. Pathogenesis of Parkinson’s disease.proporcionando ajustes homeostáticos neuroprotetores Curr Opin Investig Drugs. 2001;2(5):657-62.com efeito na preservação da circuitaria nigroestriatal. 7. Rajput AH, Uitti RJ, Offord KP. Timely levodopa (LD) administration prolongsUma possível explicação para esse efeito indireto do survival in Parkinson’s disease. Parkinsonism Relat Disord. 1997;3(3):159-65.transplante com CTN pode estar relacionada à produção 8. Fahn S. Is levodopa toxic? Neurology. 1996;47(Suppl 3):S184-95.extra de fatores neurotróficos, como neurotrofina-3 9. Hely MA, Morris JG, Reid WG, O´Sullivan DJ, Williamson, Rail D, et al. Thee fator de crescimento neural, pelas próprias CTN Sydney Multicentre Study of Parkinson’s disease: a randomised, prospective five year study comparing low dose bromocriptine with low dose levodopa-transplantadas(28). Evidências de efeitos neuroprotetores carbidopa. J Neurosurg Psychiatry. 1994;57(8):903-10.indiretos decorrentes do transplantes de CTN também 10. Koller W, Pahwa R, Busenbark K, Hubble J, Wolkinson S, Lang A, et al. High-foram reportadas em outros estudos, incluindo ação frequency unilateral thalamic stimulation in the treatment of essential andantiinflamatória, angiogênica e neurotrófica, favorecendo parkinsonian tremor. Ann Neurol. 1997;42(3):292-9.um microambiente reparativo no sistema nervoso(29-30). 11. Freed CR, Greene PE, Breeze RE, Tsay WY, DuMouchel W, Kao R, et al. Transplantation of embryonic dopamine neurons for severe Parkinson’s disease. N Engl J Med. 2001;344(10):710-9.CONCLUSÃO 12. Deacon T, Schumacher J, Dinsmore J, Thomas C, Palmer P, Kott S, et al. Histological evidence of fetal pig neural cell survival after transplantation intoModelos experimentais animais têm auxiliado o a patient with Parkinson’s disease. Nat Med. 1997;3(3):350-3.estudo e a compreensão das características clínicas, 13. Beal MF. Experimental models of Parkinson’s disease. Nat Rev Neurosci.neuropatológicas e bioquímicas da doença de Parkinson. 2001;2(5):325-34.Muitos desses modelos experimentais, como o induzido 14. Ungerstedt U. Striatal dopamine release after amphetamine or nervepor MPTP, têm viabilizado o teste de novas abordagens degeneration revealed by rotational behaviour. Acta Physiol Scand.terapêuticas, incluindo o transplante com células- 1971;367(Suppl):49-68.tronco e neuroprogenitores fetais. Embora estudos 15. Sauer H, Oertel WH. Progressive degeneration of nigrostriatal dopamine neuronspré-clínicos demonstrem efeitos positivos com relação à following intrastriatal terminal lesions with 6-hydroxydopamine: a combined retrograde tracing and immunocytochemical study in the rat. Neuroscience.restauração de neurônios dopaminérgicos e amenização 1994;59(2):401-15.de sintomas clínicos, principalmente os motores, 16. Bankiewicz KS, Olfield EH, Chiueh CC, Doppman JL, Jacobowitz DM, Kopin IJ.questões fundamentais ainda persistem e devem ser Hemiparkinsonism in monkeys after unilateral internal carotid artery infusion of 1-pesquisadas antes que a terapia celular se consolide methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP). Life Sci. 1986;39(1):7-16.como alternativa ao tratamento da doença de Parkinson. 17. Bloem BR, Irwin I, Buruma OJ, Haan J, Roos RAC, Tetrud JW, et al. The MPTPAlém da reposição de neurônios dopaminérgicos, novas model: versatile contributions to the treatment of idiopathic Parkinson’s disease.estratégias, incluindo a manipulação do microambiente J Neurol Sci. 1990;97(2-3):273-93.celular e a mobilização de neuroprogenitores endógenos, 18. Burns RS, Chiueh CC, Markey SP, Ebert MH, Jacobowitz DM, Kopin IJ. A primate model of parkinsonism: selective destruction of dopaminergic neuronssurgem como alternativas a serem exploradas. in the pars compacta of the substantia nigra by N-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-Nesse contexto, o contínuo desenvolvimento e a tetrahydropyridine. Proc Natl Acad Sci. 1983;80(14):4546-50.caracterização de modelos experimentais de doenças 19. Forno LS, Langston JW, DeLanney LE, Irwin I, Ricaurte GA. Locus ceruleusneurodegenerativas prevalentes é de fundamental lesions and eosinophilic inclusions in MPTP-treated monkeys. Ann Neurol.importância e aplicabilidade. 1986;20(4):449-55. 20. Feany MB, Bender WW. A Drosophila model of Parkinson’s disease. Nature. 2000;404(6776):394-8.AGRADECIMENTOS 21. Weissman IL. Stem cells: units of development, units of regeneration, units of evolution. Cell. 2000;100(1):157-68.Agradecemos o apoio financeiro concedido pela 22. Bjorklund LM, Sanchez-Pernaute R, Chung S, Andersson T, Chen YI, McNaughtCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível KS, et al. Embryonic stem cells develop into functional dopaminergicSuperior (Capes), às alunas Márcia Cristina Leite neurons after transplantation in a Parkinson rat model. Proc Natl Acad Sci.Pereira, Daniela Emi Suzuki e Luciana Janjoppi. 2002;99(4):234-9.einstein. 2007; 5(4):387-391
  5. 5. Estratégias para neuro-restauração em modelos experimentais de doença de Parkinson 39123. Byrne JA, Pedersen DA, Clepper LL, Nelson M, Sanger WG, Gokhale S, et al. multiple homeostatic effects of human neural stem cells. Proc Natl Acad Sci. Producing primate embryonic stem cells by somatic cell nuclear transfer. Nature. 2007;104(29):12175-80. 2007;450(7169):497-502. 28. Wei P, Liu J, Zhou H, Han Z, Wu Q, Pang J, et al. Effects of engrafted neural stem24. Yu J, Vodyanik MA, Smuga-Otto K, Antosiewicz-Bourget J, Frane JL, Tian S, cells derived from GFP transgenic mice in Parkinson’s diseases rats. Neurosci et al. Induced pluripotent stem cell lines derived from human somatic cells. Lett. 2007;419(1): 49-54. Science. 2007. [Epub ahead of print.] 29. Crigler L, Robey RC, Asawachaicharm A, Gaupp D, Phinney DG. Human25. Takahashi K, Tanabe K, Ohnuki M, Narita  M, Ichisaka T, Tomoda K, Yamanaka mesenchymal stem cell subpopulations express a variety of neuro-regulatory S. Induction of pluripotent stem cells from adult human fibroblasts by defined molecules and promote neuronal cell survival and neuritogenesis. Exp Neurol. factors. Cell. 2007;131(5):861-72. 2006;198(1):54-64.26. Lindvall O, Bjorklund A. Cell therapy in Parkinson`s disease. Neurorx. 30. Lee PJ, Baek RC, Clatk D, Rose H, Fu G, Clarke J. Stem cells act through multiple 2004;1(4):382-93. mechanisms to benefit mice with neurodegenerative metabolic disease. Nat27. Redmond DE, Bjugstad KB, Teng YD, Ourednik V, Ourednik J, Wakeman DR, et Med. 2007;13(4):439-47. al. Behavioral improvement in a primate Parkinson’s model is associated with einstein. 2007; 5(4):387-391

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