Cientistas da Harvard Medical School relatam que restauraram com sucesso a visão em camundongos, voltando o rela³gio em células oculares envelhecidas na retina para recapturar a função do gene jovem.

O trabalho da equipe, descrito em 2 de dezembro na publicação Nature, representa a primeira demonstração de que pode ser possí­vel reprogramar com segurança tecidos complexos, como as células nervosas do olho, para uma idade mais precoce.  

Além de zerar o rela³gio de envelhecimento das células, os pesquisadores reverteram com sucesso a perda de visão em animais com uma condição que imita o glaucoma humano, uma das principais causas de cegueira em todo o mundo. 

A conquista representa a primeira tentativa bem-sucedida de reverter a perda de visão induzida pelo glaucoma, em vez de apenas conter sua progressão, disse a equipe. 

Se replicada por meio de estudos adicionais, a abordagem pode abrir caminho para terapias para promover a reparação de tecidos em vários órgãos e reverter o envelhecimento e doenças relacionadas a  idade em humanos.

"Nosso estudo demonstra que épossí­vel reverter com segurança a idade de tecidos complexos como a retina e restaurar sua função biológica juvenil", disse o autor saªnior David Sinclair, professor de genanãtica do Instituto Blavatnik da Escola de Medicina de Harvard, codiretor do Paul F. Glenn Center for Biology of Aging Research at HMS e especialista em envelhecimento. 

Sinclair e colegas alertam que as descobertas ainda precisam ser replicadas em estudos futuros, incluindo em diferentes modelos animais, antes de qualquer experimento em humanos. No entanto, acrescentam, os resultados oferecem uma prova de conceito e um caminho para a concepção de tratamentos para uma sanãrie de doenças humanas relacionadas com a idade.

“Se confirmados por meio de estudos posteriores, esses resultados podem ser transformadores para o tratamento de doenças da visão relacionadas a  idade, como o glaucoma, e para os campos da biologia e da terapaªutica médica para doenças em geral”, disse Sinclair.

Para seu trabalho, a equipe usou um va­rus adeno-associado (AAV) como vea­culo para entregar nas retinas de camundongos três genes restauradores da juventude - Oct4, Sox2 e Klf4 - que normalmente são ativados durante o desenvolvimento embriona¡rio. Os três genes, junto com um quarto, que não foi usado neste trabalho, são conhecidos coletivamente como fatores de Yamanaka.

O tratamento teve vários efeitos benéficos para os olhos. Primeiro, promoveu a regeneração do nervo após lesão do nervo a³ptico em camundongos com nervos a³pticos danificados. Em segundo lugar, reverteu a perda de visão em animais com uma condição que imita o glaucoma humano. E terceiro, reverteu a perda de visão em animais idosos sem glaucoma.

A abordagem da equipe ébaseada em uma nova teoria sobre por que envelhecemos. A maioria das células do corpo contanãm as mesmas moléculas de DNA, mas tem funções amplamente diversas. Para atingir esse grau de especialização, essas células devem ler apenas genes específicos para seu tipo. Essa função reguladora éo alcance do epigenoma, um sistema de ligar e desligar genes em padraµes específicos sem alterar a sequaªncia ba¡sica de DNA do gene. 

Essa teoria postula que asmudanças no epigenoma ao longo do tempo fazem com que as células leiam os genes errados e funcionem mal - dando origem a doenças do envelhecimento. Uma dasmudanças mais importantes no epigenoma éa metilação do DNA, um processo pelo qual os grupos metil são fixados no DNA. Os padraµes de metilação do DNA são estabelecidos durante o desenvolvimento embriona¡rio para produzir os vários tipos de células. Com o tempo, os padraµes juvenis de metilação do DNA são perdidos e os genes dentro das células que deveriam ser ativados são desativados e vice-versa, resultando em função celular prejudicada. Algumas dessasmudanças na metilação do DNA são previsa­veis e tem sido usadas para determinar a idade biológica de uma canãlula ou tecido.

No entanto, ainda não estãoclaro se a metilação do DNA leva amudanças relacionadas a  idade dentro das células. No estudo atual, os pesquisadores levantaram a hipa³tese de que, se a metilação do DNA realmente controla o envelhecimento, apagar algumas de suas pegadas pode reverter a idade das células dentro dos organismos vivos e restaura¡-las ao seu estado anterior e jovem.

Trabalhos anteriores haviam alcana§ado essa faznha em células cultivadas em pratos de laboratório, mas não conseguiram demonstrar o efeito em organismos vivos.

As novas descobertas demonstram que a abordagem também pode ser usada em animais. 

O principal autor do estudo, Yuancheng Lu , pesquisador em genanãtica no HMS e ex-aluno de doutorado no laboratório de Sinclair, desenvolveu uma terapia genanãtica que poderia reverter com segurança a idade das células em um animal vivo. 

O trabalho de Lu baseia-se na descoberta ganhadora do Praªmio Nobel de Shinya Yamanaka, que identificou os quatro fatores de transcrição, Oct4, Sox2, Klf4, c-Myc, que poderiam apagar os marcadores epigenanãticos nas células e retornar essas células ao seu estado embriona¡rio primitivo a partir do qual podem evoluir para qualquer outro tipo de canãlula.  

Estudos subsequentes, entretanto, mostraram dois contratempos importantes. Primeiro, quando usados ​​em camundongos adultos, os quatro fatores Yamanaka também podem induzir o crescimento do tumor, tornando a abordagem insegura. Em segundo lugar, os fatores poderiam redefinir o estado celular para o estado de canãlula mais primitivo, apagando assim completamente a identidade de uma canãlula.

Lu e colegas contornaram esses obsta¡culos modificando ligeiramente a abordagem. Eles abandonaram o gene c-Myc e entregaram apenas os três genes Yamanaka restantes, Oct4, Sox2 e Klf4. A abordagem modificada reverteu com sucesso o envelhecimento celular sem alimentar o crescimento do tumor ou perder sua identidade. 

 No estudo atual, os pesquisadores direcionaram as células do sistema nervoso central porque éa primeira parte do corpo afetada pelo envelhecimento. Apa³s o nascimento, a capacidade de regeneração do sistema nervoso central diminui rapidamente. 

Para testar se a capacidade regenerativa de animais jovens pode ser transmitida a camundongos adultos, os pesquisadores entregaram a combinação de três genes modificados por meio de um AAV em células ganglionares da retina de camundongos adultos com lesão do nervo a³ptico. 

Para o trabalho, Lu e Sinclair fizeram parceria com Zhigang He , professor de neurologia e oftalmologia do Hospital Infantil de Boston do HMS, que estuda a neuro-regeneração do nervo a³ptico e da medula espinhal.

O tratamento resultou em um aumento de duas vezes no número de células ganglionares da retina sobreviventes após a lesão e em um aumento de cinco vezes no crescimento do nervo. 

“No ini­cio deste projeto, muitos de nossos colegas disseram que nossa abordagem falharia ou seria muito perigosa para ser usada”, disse Lu. “Nossos resultados sugerem que este manãtodo éseguro e pode potencialmente revolucionar o tratamento do olho e de muitos outros órgãos afetados pelo envelhecimento.”

Apa³s as descobertas encorajadoras em ratos com lesões no nervo a³ptico, a equipe fez parceria com colegas do Schepens Eye Research Institute de Massachusetts Eye and Ear Bruce Ksander , professor associado de oftalmologia do HMS, e Meredith Gregory-Ksander , professor assistente de oftalmologia do HMS. Eles planejaram dois conjuntos de experimentos: um para testar se o coquetel de três genes poderia restaurar a perda de visão devido ao glaucoma e outro para ver se a abordagem poderia reverter a perda de visão decorrente do envelhecimento normal.

Em um modelo de rato de glaucoma, o tratamento levou a um aumento da atividade elanãtrica das células nervosas e um nota¡vel aumento na acuidade visual, medida pela capacidade dos animais de ver linhas verticais em movimento em uma tela. Notavelmente, isso aconteceu depois que a perda de visão induzida pelo glaucoma já havia ocorrido.

“A recuperação da função visual após a ocorraªncia da lesão raramente foi demonstrada pelos cientistas”, disse Ksander. “Esta nova abordagem, que reverte com sucesso maºltiplas causas de perda de visão em camundongos sem a necessidade de um transplante de retina, representa uma nova modalidade de tratamento na medicina regenerativa.” 

O tratamento funcionou igualmente bem em ratos idosos de 12 meses com visão diminua­da devido ao envelhecimento normal. Apa³s o tratamento dos ratos idosos, os padraµes de expressão gaªnica e sinais elanãtricos das células do nervo a³ptico eram semelhantes aos dos ratos jovens, e a visão foi restaurada. Quando os pesquisadores analisaram asmudanças moleculares nas células tratadas, eles encontraram padraµes reversos de metilação do DNA - uma observação sugerindo que a metilação do DNA não éum mero marcador ou um observador no processo de envelhecimento, mas sim um agente ativo que o conduz.

“O que isso nos diz éque o rela³gio não representa apenas o tempo - éo tempo”, disse Sinclair. “Se vocêgirar os ponteiros do rela³gio para trás, o tempo também vai para trás.” 

Os pesquisadores disseram que, se suas descobertas forem confirmadas em estudos posteriores com animais, eles podem iniciar ensaios clínicos dentro de dois anos para testar a eficácia da abordagem em pessoas com glaucoma. Atéagora, as descobertas são encorajadoras, disseram os pesquisadores. No estudo atual, um tratamento de corpo inteiro de camundongos de um ano com a abordagem de três genes não mostrou efeitos colaterais negativos.

Outros autores do artigo incluem Benedikt Brommer, Xiao Tian, ​​Anitha Krishnan, Margarita Meer, Chen Wang, Daniel Vera, Qiurui Zeng, Doudou Yu, Michael Bonkowski, Jae-Hyun Yang, Songlin Zhou, Emma Hoffmann, Margarete Karg, Michael Schultz, Alice Kane, Noah Davidsohn, Ekaterina Korobkina, Karolina Chwalek, Luis Rajman, George Church, Konrad Hochedlinger, Vadim Gladyshev, Steve Horvath e Morgan Levine.