Modelo 3D inovador melhora a pesquisa sobre NAFLD

A doença hepática gordurosa não alcoólica (DHGNA) é um conjunto de condições que afetam o fígado. Começa quando a gordura se acumula nas células do fígado, uma condição conhecida como Esteatose. Se não for tratada, isso pode levar a problemas mais sérios, como inflamação (esteatohepatite), cicatrização (Fibrose), cirrose e, eventualmente, falência hepática ou câncer. O aumento do número de pessoas com obesidade e distúrbios metabólicos está fazendo com que os casos de DHGNA aumentem. Em países desenvolvidos, cerca de 30% da população pode ter DHGNA.

Atualmente, os motivos por trás da DHGNA não são totalmente conhecidos e não existem tratamentos eficazes para desacelerar seu progresso. O foco principal do tratamento está em mudanças de estilo de vida, como dieta e exercícios. Se a doença se tornar grave, um transplante de fígado pode ser a única opção, tornando a DHGNA uma das principais causas de transplantes hepáticos.

#As Células Envolvidas na DHGNA

A DHGNA não envolve apenas células do fígado; envolve vários tipos de células. Quando a gordura se acumula nas células do fígado, isso causa danos e desencadeia uma resposta de outras células no fígado. Isso inclui colangiocitos, células estelares hepáticas (HSCs) e células de Kupffer. Essas células não parenquimatosas (NPCS) desempenham um papel significativo em como a doença se desenvolve e progride. Quando as células do fígado ficam sobrecarregadas devido ao acúmulo de gordura, elas podem causar inflamação através de células imunológicas. Esse processo também envolve fibrose, onde o tecido cicatricial se forma devido às ações das HSCs, e uma resposta dos colangiocitos.

Para encontrar tratamentos eficazes para a DHGNA, é crucial entender como essas células interagem entre si.

#Abordagens de Pesquisa para Estudar a DHGNA

Os pesquisadores costumam usar modelos animais para estudar a DHGNA, o que ajudou a identificar informações importantes sobre as causas da doença. Várias dietas e modelos genéticos em camundongos estão disponíveis para esse propósito. No entanto, esses modelos não refletem totalmente como a doença afeta os humanos, e há complicações éticas quanto ao seu uso. Como resultado, muitos cientistas buscam criar sistemas in vitro baseados em humanos que possam oferecer insights complementares sobre a DHGNA.

Diversos modelos in vitro surgiram, mostrando que a DHGNA pode ser estudada usando células humanas. No entanto, essas células humanas primárias costumam ser limitadas em número, dificultando os testes de medicamentos em alta escala. Em contrapartida, linhas de células do fígado transformadas podem ser utilizadas, mas seus antecedentes anormais podem torná-las menos relevantes para entender as funções metabólicas.

Uma alternativa promissora vem de células-tronco pluripotentes induzidas humanas (hiPSCs). Essas células podem ser transformadas em grandes quantidades de vários tipos de células do fígado, incluindo hepatócitos, macrófagos e colangiocitos. Células semelhantes a hepatócitos (HLCs) derivadas de hiPSCs mostram características importantes semelhantes às células hepáticas naturais. Elas também podem ser produzidas a partir de várias amostras de pacientes, tornando-as úteis para estudar doenças do fígado.

#Desenvolvendo um Novo Modelo 3D para DHGNA

Para lidar com as limitações dos modelos anteriores, os pesquisadores desenvolveram uma nova plataforma in vitro 3D que se assemelha de perto à estrutura e função do fígado. Essa plataforma combina HLCs com NPCs em uma matriz de colágeno para criar um ambiente hepático mais realista. As células cultivadas nesse arranjo podem se auto-organizar, imitando a arquitetura do fígado e mantendo suas propriedades essenciais por períodos prolongados.

Usando esse novo modelo, os pesquisadores estudaram a DHGNA e conseguiram replicar vários aspectos da doença, incluindo o acúmulo de lipídios nas células do fígado e a resposta das NPCs. Análises detalhadas de RNA e lipídios revelaram um padrão de expressão gênica nas HLCs consistente com a DHGNA, enquanto as NPCs mostraram sinais de inflamação e fibrose. Essa nova plataforma representa um avanço significativo na modelagem da DHGNA, oferecendo novas avenidas para estudar como a doença se desenvolve e identificar potenciais novas terapias.

#Técnicas de Cultura Celular

As HLCs foram geradas a partir da linha de hiPSC e cultivadas usando técnicas específicas. Essas células foram mantidas em placas especialmente revestidas e crescidas em um meio definido com aditivos como TGFβ1 e FGF2. Para criar um ambiente 3D, as HLCs foram colocadas em RAFTs, o que permitiu que crescessem de uma forma que imitasse as estruturas do fígado.

As NPCs, incluindo colangiocitos e HSCs, também foram incorporadas nas culturas 3D. Proporções diferentes de HLCs e NPCs foram usadas para melhor refletir o ambiente natural do fígado. O meio de cultura foi suplementado para apoiar a saúde e o crescimento de todos os tipos de células.

#Analisando a Resposta das HLCs em Culturas 3D

Os pesquisadores avaliaram como as HLCs mantinham suas características ao longo do tempo em culturas 3D. As HLCs mostraram a expressão de vários marcadores hepáticos críticos, indicando que mantinham sua identidade e funcionalidade. Notavelmente, as células exibiram maturidade funcional aprimorada e eram capazes de produzir proteínas essenciais como a albumina.

O estudo também explorou como a presença de ácidos graxos afeta as HLCs em culturas 3D. A exposição ao ácido oleico levou a um acúmulo significativo de lipídios nas células, enquanto o ácido palmítico causou estresse celular mais severo e reduziu a viabilidade. Os achados sugerem que o ambiente de cultura 3D desempenha um papel crucial em aumentar a capacidade das células de acumular gordura e responder ao estresse lipotóxico.

#Análises Transcriptômicas e Lipidômicas das HLCs

Para investigar mais a fundo o impacto dos ácidos graxos nas HLCs, os pesquisadores realizaram análises transcriptômicas. Essas análises revelaram padrões distintos de expressão gênica nas HLCs expostas a ácidos graxos. Vários genes associados ao metabolismo lipídico, ciclo celular e inflamação foram afetados pelos tratamentos, especialmente após exposição prolongada ao ácido palmítico.

As análises lipidômicas mostraram que os tratamentos com ácidos graxos alteraram os perfis lipídicos das HLCs, indicando mudanças consistentes com a DHGNA. Por exemplo, células tratadas com ácido oleico exibiram espécies lipídicas específicas associadas à esteatose, enquanto células tratadas com ácido palmítico exibiram características de lipotoxicidade.

#Respostas das Células Não Parenquimatosas nas Culturas 3D

Além de estudar células hepáticas, os pesquisadores também se concentraram nas NPCs em culturas 3D. Organoides de colangiocitos, HSCs e macrófagos foram incorporados ao modelo para imitar o complexo ambiente celular do fígado. Cada tipo de NPC manteve sua identidade e características funcionais ao longo do tempo na estrutura 3D.

As respostas das NPCs a vários estímulos foram examinadas. As HSCs, em particular, foram avaliadas quanto ao seu status de ativação e resposta fibrosa quando estimuladas com fatores como TGFβ1. Os pesquisadores descobriram que as NPCs passaram por mudanças com base em seu ambiente, destacando a importância das interações celulares no processo da doença.

#Co-Culturas 3D Complexas e Interações Celulares

Para criar um modelo mais abrangente para a DHGNA, os pesquisadores estabeleceram condições para co-cultivar as HLCs com várias NPCs, permitindo que as células interagissem naturalmente. Essa abordagem levou a melhorias na organização geral das estruturas celulares, promovendo uma representação mais realista do fígado.

O ambiente de co-cultura 3D permitiu que as HLCs cercassem as estruturas dos colangiocitos, enquanto as HSCs e os macrófagos se organizavam ao redor dos aglomerados de HLCs. Essa auto-organização é crucial para estudar como as células se comunicam e respondem a lesões de uma forma que reflete o ambiente nativo do fígado.

#Investigando os Efeitos dos Ácidos Graxos nas Células Co-Cultivadas

Os pesquisadores testaram os efeitos combinados dos ácidos graxos nas células co-cultivadas para entender como elas respondem em um ambiente integrado. As HLCs mostraram sinais de acúmulo de lipídios, especialmente quando expostas ao ácido oleico. Quando afetadas pelo ácido palmítico, as HLCs mostraram dediferenciação e morte celular, o que sugere um impacto distinto com base no tipo de ácido graxo.

Curiosamente, as NPCs, especialmente as HSCs, pareciam proliferar e se ativar em resposta às HLCs circundantes sob tratamento com ácidos graxos. A secreção de citocinas pró-inflamatórias e profibróticas, como TNFα e IL6, também foi observada, indicando que as interações entre os diferentes tipos de células desempenham um papel vital na progressão da DHGNA.

#A Importância do Novo Modelo

O desenvolvimento dessa nova plataforma multicelular representa um avanço significativo no estudo da DHGNA. Ao permitir que os pesquisadores imitem as interações naturais entre as células do fígado e as NPCs, o modelo fornece insights sobre os processos celulares envolvidos na progressão da doença.

Essa plataforma aborda muitas limitações dos modelos existentes ao fornecer uma fonte contínua de células que refletem melhor a complexidade das doenças hepáticas. Os achados de estudos que utilizam esse modelo podem levar a uma melhor compreensão dos mecanismos que impulsionam a DHGNA e ajudar a identificar novos alvos terapêuticos.

#Direções Futuras

Embora o estudo atual tenha feito progressos substanciais, ainda há oportunidades para melhorias. Experimentos futuros podem se concentrar em incluir células endoteliais, que são conhecidas por desempenharem papéis essenciais na patologia hepática. Os pesquisadores também podem explorar a criação de plataformas totalmente derivadas a partir de uma única linha de hiPSC, o que poderia aumentar a consistência e a confiabilidade dos resultados.

No geral, essa abordagem inovadora abre novos caminhos para investigar doenças do fígado. Ela oferece uma ferramenta robusta para examinar como as células do fígado e as NPCs interagem no contexto da DHGNA, com o potencial de descobrir novos mecanismos envolvidos na doença e facilitar o desenvolvimento de terapias direcionadas.