Desafios e perspectivas da diferenciação de células-tronco derivadas do tecido adiposo em células nervosas: uma revisão integrativa

ARTIGO ORIGINAL

Desafios e perspectivas da diferenciação de células-tronco derivadas do tecido adiposo em células nervosas: uma revisão integrativa ​​ 

Ana Carolina Furio da Cunha¹; Mariana Lopes Benites²; Sandra Cristina Catelan-Mainardes³

Challenges and perspectives of Adipose-derived stem cells differentiation into nerve cells: an integrative review

Abstract

Adipose-derived stem cells (ADSCs) constitute a subpopulation of mesenchymal stem cells that have been widely studied due to the ease of obtaining subcutaneous adipose tissue both in humans and animals for cell isolation. The differentiation capacity of stem cells has been studied for many years. In this context, the viability of mesenchymal cells in regenerative medicine has been investigated, more specifically focusing on stem cells derived from adipose tissue, which have proven to be a viable source for collection, with low morbidity, good proliferation and differentiation rates, and free from bioethical barriers. Considering the limited regenerative capacity of nervous tissue, the study of stem cells as an alternative therapeutic approach becomes relevant. This study aims to identify possible methods for the utilization of these cells, discuss their potential in regenerative medicine, and analyze results obtained from various studies regarding their potential for treating nervous system diseases. This integrative literature review used studies from the period 2020 to 2024, published in PubMed, Scielo, and LILACS, with the descriptors “stem cells,” “regenerative medicine,” and “nerve regeneration.” Eleven articles were selected based on eligibility criteria and analyzed concerning differentiation protocols and clinical and experimental applications.

The research results demonstrate that these cells are capable of differentiating into various lineages, including neural, under stimulation by growth factors, chemical inducers, and genetic reprogramming techniques. Although challenges remain, such as lack of standardization and consensus among studies, significant progress in the scientific production on the topic is observed. With growing interest and expanding research, the outlook is increasingly promising.

Keywords: Stem cells; Regenerative medicine; Nerve regeneration.

.

1. Introdução

As células tronco são definidas como uma população de células indiferenciadas, com alto potencial de autorrenovação e divisão, estando aptas a originarem novas células e regenerar tecidos [10]. Elas podem ser classificadas de acordo com a capacidade de diferenciação, sendo denominadas totipotentes, pluripotentes, multipotentes ou unipotentes [4]. A ética acerca do uso de células tronco embrionárias, como as totipotentes e pluripotentes, no tratamento de doenças, ainda é bastante discutida. Dessa forma, a utilização de células tronco mesenquimais (mesenchymal stem cells - MSCs), ou multipotentes, provenientes do próprio paciente, representam uma alternativa promissora dentro da medicina regenerativa, por apresentarem menor risco imunológico e não enfrentarem as mesmas barreiras éticas [9].

Dentre as MSCs, pode-se destacar as adipose-derived stem cells (ADSCs), que vem despertando interesse na comunidade científica. Estas células, presentes predominantemente no tecido adiposo branco e são obtidas com relativa facilidade, com baixa morbidade e alta taxa de proliferação e diferenciação [3]. Estudos recentes indicam que as ADSCs, in vivo, estabelecem certa afinidade com o tecido lesionado, exercendo papel regenerativo por meio de secreção de fatores de crescimento e outras substâncias parácrinas do tecido circundante, além de exercerem efeitos angiogênicos, anti-inflamatórios e neuroprotetores [11].

Recentemente, estudos a cerca da capacidade de regeneração do tecido nervoso a partir das ADSCs estão sendo aplicados como uma fonte alternativa de tratamento, o que se torna essencial em meio a patologias que não tem tratamentos eficazes, devido a ausência de regeneração no sistema nervoso central e periférico, o que acarretava doenças degenerativas, incapacitantes e muitas vezes, terminais [3].

Nesse cenário, o uso de células tronco se tornou um potencial tratamento para essas condições, a literatura já demonstrou que as ADSCs, juntamente com o aumento da secreção de fatores neurotróficos, gera uma resposta promissora na regeneração neural, pois além de promover angiogênese e um papel neuroprotetor, também foi constatado um papel neuromodulador por meio do aumento da produção de BDNF ​​ (Brain-Derived Neurotrophic Factor) e GDNF (Glial Cell Line-derived Neurotrophic Factor) por células tronco hospedeiras, que está ligado ao aumento da germinação e diminuição da resposta inflamatória no Sistema Nervoso [11]. Apesar do potencial, desafios como a padronização dos métodos de coleta, isolamento, diferenciação e aplicação clínica ainda limitam a tradução dessas descobertas para a prática médica [2;7].

A fim de contribuir com esse tema, o presente estudo objetiva integrar os conhecimentos mais atuais a cerca diferenciação de ADSCs em linhagens neurais, considerando avanços, limitações e perspectivas terapêuticas. O objetivo principal do estudo é identificar os métodos utilizados para promover essa diferenciação e discutir os resultados experimentais disponíveis quanto à eficácia e aplicabilidade clínica. A partir dessa análise, espera-se contribuir para o fortalecimento da base conceitual sobre o tema e incentivar futuras investigações voltadas ao uso seguro e eficaz das ADSCs na medicina regenerativa, em especial no tratamento de doenças do sistema nervoso.

• 2. Metodologia

Trata-se de uma revisão integrativa da literatura, que objetiva descrever o uso de células tronco provenientes do tecido adiposo, permitindo sua diferenciação em células nervosas para o tratamento de doenças do SN. A presente revisão foi guiada pela seguinte pergunta norteadora, construída com base na estratégia PICO: "Em indivíduos com doenças do sistema nervoso, qual é o potencial das células-tronco derivadas do tecido adiposo (ADSCs) na regeneração do tecido nervoso?".

Foram selecionadas evidências científicas, entre os anos de 2020-2024, encontradas nas bases de dados PubMed, Scielo e LILACS com a utilização dos descritores “Células-tronco”; “Medicina regenerativa”; “Regeneração nervosa.”, assim como os mesmos termos na língua inglesa, que foram combinados com o operador booleano AND, conforme demonstrado no Quadro 1. Como critério de elegibilidade, foram utilizados apenas artigos completos disponíveis nos idiomas português, inglês ou espanhol, estudos publicados entre 2020 e 2024, estudos experimentais, quase-experimentais, revisões sistemáticas, integrativas ou metanálises, estudos de caso, retrospectivos e de coorte.

Foram removidas as publicações repetidas, sem acesso ao texto na integra, duplicatas e aqueles que não respondiam à pergunta norteadora. Realizou-se uma leitura inicial dos títulos dos trabalhos, seguida pela primeira seleção e, posteriormente, análise dos resumos. Somente após essa etapa, a discussão foi lida e analisada.

• 3. Desenvolvimento e discussão

 A estratégia de busca resultou em 317 resultados de artigos. Em primeira análise foram removidos 5 artigos por duplicidade, 201 por inelegibilidade e 2 artigos por outras razões, resultando em 109 artigos publicados entre 2020 e 2024. Posteriormente foram excluídos 98 por não incluírem temas que respondiam às perguntas norteadoras. Desta forma, foram elegíveis para a revisão um total de 11 trabalhos, os quais foram analisados para a produção do estudo. No Quadro 1, estão demonstrados os descritores e a forma de utilização dos operadores booleanos, para o cruzamento de dados e obtenção dos artigos. Quadro 2, são mostrados os artigos escolhidos em ordem cronológica, evidenciando o(s) autor(es), o ano de publicação, o título do artigo, a base de dados, objetivo de estudo e suas respectivas conclusões.

Dos estudos incluídos, 15 apresentaram delineamento experimental, com análises in vitro, in vivo ou ambas. Esses estudos demonstraram que as ADSCs possuem grande plasticidade neural, respondendo positivamente a estímulos específicos.

Os protocolos mais eficazes envolveram o uso de fatores neurotróficos (como BDNF, GDNF e NGF) e indutores químicos (como forscolina, ácido retinoico e suplementos B27/N2) para promover a diferenciação das ADSCs em neurônios e células gliais. A expressão de marcadores neurais como NESTIN, TUJ1, GFAP e PAX6 foi observada precocemente, especialmente entre os dias 3 e 9 de cultivo, indicando direcionamento neural efetivo. Modelos in vivo em camundongos evidenciaram que ADSCs diferenciadas ou seus exossomos promoveram: neuroproteção, redução de processos inflamatórios (regulação de Treg e Th17), melhora na mielinização e promoção de neurogênese endógena, com resultados positivos em modelos como encefalomielite autoimune experimental. Um destaque é o uso de hidrogéis, nanopartículas de ouro e até sinalização elétrica/magnética, que potencializaram a diferenciação e a funcionalidade das células implantadas.

Os 8 estudos restantes compuseram uma base teórica sólida sobre o uso clínico e os desafios da aplicação de ADSCs na medicina regenerativa. Relatam vantagens práticas das ADSCs, como: coleta minimamente invasiva (por lipoaspiração), alta taxa de proliferação, baixa imunogenicidade e ausência de barreiras bioéticas. Contudo, destacam desafios importantes, como: falta de padronização dos protocolos de isolamento e diferenciação, riscos potenciais como indução de crescimento tumoral (ainda controverso e em estudo), quiescência celular que pode limitar a eficácia terapêutica, principalmente em pacientes idosos. Algumas revisões apontam também o potencial dos exossomos derivados de ADSCs como alternativa promissora, por apresentarem atividade regenerativa sem necessidade do transplante celular direto.

Quadro 1: Base de dados, descritores, total de títulos e seleção final

Quadro 2: Descrição dos artigos usados com autor(es), ano, objetivo, metodologia e resultados 

O tecido nervoso possui uma capacidade regenerativa limitada e frente a isso foram estabelecidos diversos métodos para tratamento de condições neurológicas, que vão desde doenças degenerativas, até então sem tratamento promissor, até lesões causadas por trauma. Suhar, por exemplo, já testou enxertos feitos a partir de materiais intraluminais sintetizados como poli (ácido láctico-co-glicólico) (PLGA), poliuretanos e policaprolactona (PCL) para reparo de lesões, entretanto métodos que envolvem a presença de um corpo estranho podem prejudicar capacidades funcionais ou gerar respostas inflamatórias agressivas [8], nesse contexto, o uso de células-tronco, em especial as derivadas do tecido adiposo (ADSCs), surge como alternativa promissora.

​​ As ADSCs estão amplamente presentes no corpo humano, em especial no tecido adiposo subcutâneo, além de serem de fácil coleta e estarem relacionadas a baixa morbidade. Destaca-se também seu potencial de diferenciação em diversas linhagens mesenquimais e não mesenquimais, como a neural [3].

Contudo, ainda não existe um consenso a respeito do melhor método de coleta e processamento para células tronco, diversos são os estudos que relatam a centrifugação como estratégia inicial viável, especialmente por preservar a viabilidade celular e a capacidade angiogênica, sendo este um método empregado em cirurgias plásticas. Ainda há incertezas a respeito da rotação, velocidades mais lentas trazem grande densidade para a gordura, já velocidades maiores podem auxiliar na separação e manutenção das propriedades celulares, entretanto existe um receio com velocidades elevadas, pois podem comprometer a viabilidades dessas células [2].

ADSCs também tem uma capacidade regenerativa notável, o que as tornam uma fonte ideal para a medicina regenerativa, estudos demonstram uma capacidade ampliada de regeneração, proliferação, angiogênese, prevenção do apoptose, anti-inflamatória e, estimuladas pelo meio que estão, liberação de diversos fatores de crescimento que auxiliam em todo reparo [3].

A literatura traz que as ADSCs têm boa afinidade por tecido lesado, assim quando enxertadas, migram rapidamente para locais onde o reparo e necessário. Jiang traz a diferenciação in vitro das ADSCs em células tronco nervosas (NSCs), essa diferenciação vem do uso de fatores de crescimento específicos presentes no sistema nervoso, além da mutação de genes específico neurotróficos BDNF, GDNF e NGF, que quando injetadas produzem reparo axonal, além de remielinização e reinervação [3].

Em um dos estudos analisados, Brown traz ​​ MSCs que foram diferenciadas em NSCs e transplantadas para a cauda de camundongos, os resultados trouxeram marcadores neurais, como proteína intermediária tipo VI (NESTIN), Beta-III Tubulin (TUJ1), Vimentina e Paired box gene 6 (PAX6), além de direcionamento para o local da lesão, o SNC, onde induziram efeitos anti-inflamatórios e modulação de células T reguladora (Treg) e Th17, o que trouxe melhora significativa na mielinização, neuroproteção e neurogênese em camundongos com encefalopatia autoimune experimental [7]. Apesar de ainda estar distante da prática clínica, este experimento animal já é fonte de importante conhecimento cientifico, com potencial translacional.

Ainda em contexto experimental, Prpar demonstra que por meio da indução do crescimento e uso de indutores neurogênicos, como suplemento B27, ácido valproico, forscolina, suplemento N2 e ácido retinóico, foi possível a pré diferenciação neural. O crescimento celular foi acompanhado e já nos primeiros dias trouxe grandes resultados, células com características de neurônios foram se formando, marcadores neurais surgiram e após mais análises, foi confirmado a diferenciação em neurônios e células gliais, porém seu crescimento passou a diminuir no nono dia [5]. O que demonstra que apesar do potencial, a estabilidade e durabilidade dessas células ainda precisam ser otimizados.

Além disso, estudos de Brown realizados in vivo com camundongos e humanos demonstraram a indução da diferenciação neuronal, incluindo as células com canais de cálcio dependentes de voltagem, o que traz boa perspectivas a respeito da funcionalidade neuronal. ​​ Vale lembrar que diversos fatores podem interferir na capacidade de diferenciação e proliferação, incluindo idade do paciente, que pode levar a quiescência de células tronco, fatores nutricionais e baixa concentração de fatores neurogênicos [7]. Sendo assim, ainda há a necessidade de protocolos clínicos que envolvam diferentes aspectos relacionados ao paciente para otimizar seu tratamento.

Também houve a descrição por Xie de um papel significativo de exossomos das ADSCs no papel proliferativo, anti-inflamatório, angiogênico e migratório. A variedade de DNA e RNA dessas células podem trazer diversos benefícios não só na regeneração nervosa, mas em toda área da medicina regenerativa [1]. Essa abordagem pode não estar diretamente ligada com o transplante celular, mas pode ser uma alternativa frente a riscos associados a proliferação celular descontrolada e resposta inflamatória local.

Foram também testados por Jiang, meios de indução completos e incompletos visando reparar nervos, o estudo feito em ratos demonstrou diferenciação em células semelhantes as células de Schwann, a partir de sinalização elétrica e química, que potencializou sua diferenciação, uma regulação positiva de marcadores genéticos, desencadeando mielinização e secreção de fatores de crescimento e consequente reparo em lesões do nervo ciático. A via apresentada foi a FGF9-FGFR2-Akt, presente na diferenciação de ADSCs em células de Schwann, promovido pelo fator de crescimento 9. Também foi descoberta a terapia baseada em microcarreadores que potencializou a migração celular através de magnetismo para o alvo lesado [3].

Outros diversos estudos vêm testando diferentes combinações com moléculas e fatores que levam a bons resultados, Jiang traz o uso de laser de baixa intensidade que trouxe melhora significativa da mobilidade e dor, demonstrou resultados superiores ao uso isolado das ADSCs [3]. Hung também traz benefícios envolvendo o uso hidrogel neurogênico para a melhora dos sintomas, trouxe crescimento axonal e mielinização em ratos com lesões de medula espinhal. Houve descobertas que demonstram que ao utilizar nanopartículas de ouro, foi possível ativação da via sinalização mTOR/p70S6K para a recuperação de neurônios dopaminérgicos, o que traz um cenário favorável a doença de Parkinson [6].

Apesar dos grandes benefícios ainda há um medo advindo da possível capacidade dessas células serem adjuvantes em processos tumorais, pela mesma capacidade descrita anteriormente. Embora estudos a respeito da proliferação tumoral ainda estejam em andamento, já há pesquisas que desvinculam estas células do crescimento de tumores, em estudos a respeito do câncer de mama, que demonstrou não haver qualquer relação. Repressão a tradução também é um importante fator a ser mencionado, as células podem reprimir tradução do RNAm de forma específica, de forma que leva a célula a um estado de quiescência [4], isso pode não só controlar a capacidade tumoral dessas células, mas também impedir uma proliferação irregular do tecido alvo. Entretanto ainda há a necessidade de mais conhecimento para o uso sem qualquer malefício [3]. .

• 4. Considerações finais

 Esse trabalho pretendeu entender diferenciação de ADSCs em células nervosas para tratamento ou cura de doenças do sistema nervoso, a partir de uma revisão interativa da literatura. Para se atingir uma compreensão da utilização de ADSCs na regeneração neural, definiu-se três objetivos específicos. O primeiro visou compreender o potencial de utilização das ADSCs na medicina regenerativa. Verificou-se que estas células têm alto potencial em se diferenciar em diversas linhagens, devido a sua vasta quantidade presente no corpo humano e facilidade de uso perante as barreiras bioéticas. Em seguida, foi discutido quais seriam os melhores métodos de coleta destas células, e foi analisado que métodos menos invasivos como utilizados na cirurgia plástica, a lipoaspiração, pode ser viável, mas além disso, é necessário métodos de separação dessas cédulas, e ainda há muitas questões envolvendo velocidade de centrifugação. Depois, foi descrito os métodos usados para diferenciar estas células especificamente na linhagem de células nervosas. A análise permitiu concluir que o uso de fatores de crescimento específicos, mutações de genes, como BDNF, GDNF e NGF ou até indutores neurogênicos, além de sua própria afinidade pelo tecido lesado. Com isso, este trabalho confirma que o estudo da medicina regenerativa tem grande potencial no futuro e as células tronco provenientes do tecido adiposo são uma fonte ideal para ser foco de estudos, podendo ser um possível tratamento para doenças neurológicas, pela sua abundância, potencial de diferenciação e atratividade com tecidos lesados no corpo. Sendo assim, ainda é necessário aprofundamento no estudo dessa área da medicina, mas é sim possível chegar ao tratamento de doenças que, anteriormente, não tiveram tratamentos eficazes. Os instrumentos de coleta dos danos permitiram compreender mais a fundo a respeito de diversas possibilidades dentro da medicina regenerativa, além de facilitar a busca de dados confiáveis para o presente estudo. Em pesquisas futuras, pode-se iniciar pesquisas em seres humanos para identificar a resposta do organismo com o uso dessas células e assim, analisar possibilidades para tratar doenças.

• 5. Declaração de direitos ​​ 

 As autoras declaram ser detentoras dos direitos autorais da presente obra, que o artigo não foi publicado anteriormente e que não está sendo considerado por outra(o) Revista/Jornal. Declaram que os textos publicados são de responsabilidade das autoras, e não possuem direitos autorais reservados à terceiros. Textos e/ou imagens de terceiros são devidamente citados ou devidamente autorizados com concessão de direitos para publicação quando necessário. Declaram respeitar os direitos de terceiros e de Instituições públicas e privadas. Declaram não cometer plágio ou auto plágio e não ter considerado/gerado conteúdos falsos e que a obra é original e de responsabilidade das autoras.

• 6. Referências

• XIE, Y.; WANG, X.; WANG, Z.; FENG, J.; LI, D. Exosomes from magnetic particles-primed mesenchymal stem cells enhance neural differentiation of PC12 cells. Heliyon, v. 9, n. 10, p. e21075, 2023. DOI: 10.1016/j.heliyon.2023.e21075.

• XUE, E. Y.; NARVAEZ, L.; CHU, C. K.; HANSON, S. E. Fat Processing Techniques. Seminars in Plastic Surgery, v. 34, n. 1, p. 11-16, 2020. DOI: 10.1055/s-0039-3402052.

• QIN, Y.; GE, G.; YANG, P.; WANG, L.; QIAO, Y.; PAN, G.; YANG, H.; BAI, J.; CUI, W.; GENG, D. An Update on Adipose-Derived Stem Cells for Regenerative Medicine: Where Challenge Meets Opportunity. Advanced Science (Weinheim), v. 10, n. 20, p. e2207334, 2023. DOI: 10.1002/advs.202207334.

• MORREE, A.; RANDO, T. A. Regulation of adult stem cell quiescence and its functions in the maintenance of tissue integrity. Nature Reviews Molecular Cell Biology, v. 24, n. 5, p. 334-354, 2023. DOI: 10.1038/s41580-022-00568-6.

• PRPAR MIHEVC, S.; KOKONDOSKA GRGICH, V.; KOPITAR, A. N.; MOHORIČ, L.; MAJDIČ, G. Neural differentiation of canine mesenchymal stem cells/multipotent mesenchymal stromal cells. BMC Veterinary Research, v. 16, n. 1, p. 282, 2020. DOI: 10.1186/s12917-020-02493-2.

• HUNG, H. S.; YANG, Y. C.; CHANG, C. H.; CHANG, K. B.; SHEN, C. C.; TANG, C. L.; LIU, S. Y.; LEE, C. H.; YEN, C. M.; YANG, M. Y. Neural Differentiation Potential of Mesenchymal Stem Cells Enhanced by Biocompatible Chitosan-Gold Nanocomposites. Cells, v. 11, n. 12, p. 1861, 2022. DOI: 10.3390/cells11121861.

• BROWN, C.; MCKEE, C.; HALASSY, S.; KOJAN, S.; FEINSTEIN, D. L.; CHAUDHRY, G. R. Neural stem cells derived from primitive mesenchymal stem cells reversed disease symptoms and promoted neurogenesis in an experimental autoimmune encephalomyelitis mouse model of multiple sclerosis. Stem Cell Research & Therapy, v. 12, n. 1, p. 499, 2021. DOI: 10.1186/s13287-021-02563-8.

• SUHAR, R. A.; MARQUARDT, L. M.; SONG, S.; BUABBAS, H.; DOULAMES, V. M.; JOHANSSON, P. K.; KLETT, K. C.; DEWI, R. E.; ENEJDER, A. M. K.; PLANT, G. W.; GEORGE, P. M.; HEILSHORN, S. C. Elastin-like Proteins to Support Peripheral Nerve Regeneration in Guidance Conduits. ACS Biomaterials Science & Engineering, v. 7, n. 9, p. 4209-4220, 2021. DOI: 10.1021/acsbiomaterials.0c01053

• YAMANAKA, S. Pluripotent Stem Cell-Based Cell Therapy: Promise and Challenges. Cell Stem Cell, v. 27, n. 4, p. 523-531, 2020. DOI: 10.1016/j.stem.2020.09.014.

• TAN, F.; LI, X.; WANG, Z.; LI, J.; SHAHZAD, K.; ZHENG, J. Clinical applications of stem cell-derived exosomes. Signal Transduction and Targeted Therapy, [s.l.], v. 9, n. 1, p. 17, 12 jan. 2024. DOI: 10.1038/s41392-023-01704-0. Disponível em: https://doi.org/10.1038/s41392-023-01704-0.

• JIANG, L.; MEE, T.; ZHOU, X.; JIA, X. Augmenting peripheral nerve regeneration with adipose-derived stem cells. Stem Cell Reviews and Reports, [s.l.], v. 18, n. 2, p. 544-558, fev. 2023. DOI: 10.1007/s12015-021-10236-5. Disponível em: https://doi.org/10.1007/s12015-021-10236-5.