Imagem de Alexander Jawfox em Unsplash
Regeneração muscular é um processo natural de recuperação do músculo lesionado pelo corpo, coordenado por vários fatores que contribuem para a progressão da resposta do tecido muscular à lesão. O músculo esquelético é autorregenerativo – ou seja, ele tem a capacidade de se regenerar sozinho após sofrer uma lesão. Mas, quando falamos de grandes volumes de perda muscular, esse processo exige um suporte médico e desenvolvimento científico para ajudar na recuperação.
Por isso, pesquisadores têm investigado estratégias para superar esse desafio, que incluem técnicas cirúrgicas, fisioterapia, biomateriais, engenharia de tecido muscular, terapia celular, entre outras. Ainda assim, existe a necessidade de que sejam desenvolvidos novos métodos e materiais que promovam a reparação do músculo esquelético e a regeneração funcional.
O músculo esquelético é um dos tecidos mais abundantes do corpo humano. Ele é responsável por 40 a 45% da massa corporal total e é necessário para gerar força para o movimento. Até certo limite, o músculo esquelético tem a capacidade de regenerar o tecido perdido na lesão.
No entanto, além desse limite o tecido muscular remanescente se torna incapaz de regenerar totalmente sua função. Essa perda de músculo esquelético com comprometimento funcional duradouro é definida como “perda muscular volumétrica” e pode impactar substancialmente a qualidade de vida dos pacientes, reduzindo significativamente a funcionalidade do sistema de locomoção.
Razões frequentes para lesões do músculo esquelético são acidentes de trânsito de alta energia, trauma de explosão, lesões de combate, situações cirúrgicas e ortopédicas ou lesões por contusão durante esportes e exercício físico, que levam a uma perda aguda de tecido muscular.
A perda muscular progressiva pode resultar de distúrbios metabólicos ou doenças genéticas hereditárias, como distrofia muscular de Duchenne, esclerose lateral amiotrófica e doença de Charcot-Marie-Tooth pediátrica. A atrofia muscular também pode ser uma consequência de lesões nos nervos periféricos, doença renal crônica, diabetes e insuficiência cardíaca.
A perda de massa muscular de até 20% pode ser compensada pela alta adaptabilidade e potencial regenerativo do músculo esquelético. Acima desse índice, entretanto, o prejuízo funcional é inevitável e pode levar a incapacidades graves e deformidades estéticas. Por isso, tecnologias eficazes e mais opções terapêuticas são uma demanda urgente para esses pacientes.
Os músculos são o maior tecido do corpo. Eles são essenciais para o movimento e, sem eles, não seríamos capazes nem mesmo de nos levantar, andar ou pegar um alimento da mesa.
Todos os dias, nosso sistema muscular realiza uma variedade infinita de movimentos que envolvem milhões de tecidos fibrosos na contração, encurtamento, retorno à forma original, relaxamento e até alongamento passivo quando os outros músculos se contraem.
Existem dois tipos de músculos: músculos involuntários e voluntários. Os músculos involuntários são controlados automaticamente pelo cérebro, como os músculos que encolhem durante os batimentos cardíacos ou a respiração, enquanto os músculos voluntários são acionados ao decidir fazer um movimento.
Alguns deles são curtos, como os músculos da orelha, enquanto outros são longos, como o músculo da panturrilha, que controla o movimento do tornozelo, pé e dedos dos pés. Cada um deles é altamente resistente a alongamento e pressão, embora haja alguns limites para seu desempenho.
Como todos os tecidos do corpo, os músculos podem sofrer lesões, resultantes de acidentes, prática de exercícios físicos, esforços repetitivos e outros. Em algumas doenças como câncer, distrofia ou danos mecânicos, eles podem ser afetados inteiramente.
Apesar da capacidade impressionante que o corpo humano tem de se regenerar diariamente, os músculos esqueléticos em alguns casos não podem ser totalmente regenerados. Quando estão danificados, logo após a inflamação e o inchaço, o corpo tenta se agrupar, contraindo as fibras musculares individuais passo a passo, fazendo com que elas cresçam.
Essas pequenas fibrilas chamadas miofibras são geradas para criar o novo tecido muscular dentro do processo de miogênese. Quando o dano aos músculos é leve, eles podem se recuperar completamente, embora reparar defeitos de massa significativos complique a cicatrização total. Isso faz da restauração muscular e do aprimoramento de suas funcionalidades alguns dos maiores desafios biomédicos da atualidade.
Um estudo liderado pelo pesquisador Marco Constantini, do Institute of Physical Chemistry of the Polish Academy of Sciences, da Polônia, apresentou em 2021 uma solução de biofabricação para lidar com a perda muscular de alto volume.
A equipe de Constantini desenvolveu um gel biocompatível semelhante a uma estrutura muscular nativa que pode ser facilmente feito usando um processo de bioimpressão 3D. Os pesquisadores sintetizaram esse gel a partir de uma solução aquosa contendo polímeros naturais e progenitores musculares encapsulados, formando uma matriz para o crescimento das fibras naturais.
O sistema de bioimpressão foi concebido para imitar com exatidão a arquitetura altamente anisotrópica dos músculos esqueléticos, resultando em uma melhor orientação e diferenciação dos progenitores musculares em estruturas funcionais.
Em seguida, o gel foi pré-cultivado por uma semana in vitro para estimular o crescimento celular e, em seguida, implantado nos tecidos danificados de um paciente de camundongo com músculo ressecado. A lesão apresentada neste trabalho foi significativa, pois seriam necessários vários meses para cicatrizar sem restaurar todo o espectro das funções iniciais.
O substituto do músculo esquelético bioimpresso permitiu restaurar até 90% das funcionalidades reais. Além disso, os músculos foram recuperados em apenas 20 dias, tornando o gel sintetizado um material promissor para aplicação biomédica no apoio à regeneração de tecidos.
A tecnologia apresentada pelos cientistas do IPC PAS possibilita a bioimpressão de materiais vivos sob demanda, oferecendo uma nova alternativa de recuperação mais rápida e melhor para quem sofre com severa perda de massa muscular esquelética.
Quando um trauma, doença ou lesão causa perda muscular significativa, os procedimentos reconstrutivos para a bioengenharia de músculos esqueléticos funcionais podem falhar, resultando em deficiências permanentes.
Encontrando uma sinergia na importância dos sinais bioquímicos e pistas topográficas, pesquisadores do Wake Forest Institute for Regenerative Medicine, Sungkyunkwan University e Chonnam National University desenvolveram uma técnica eficiente para regeneração muscular e restauração funcional em ratos feridos. Eles descreveram os resultados da técnica em um artigo publicado na revista científica Applied Physics Reviews, da AIP Publishing, em 2021.
O grupo expandiu um método que desenvolveram anteriormente usando materiais específicos do músculo derivados de tecidos de um organismo (dECM-MA) para construir biotintas, que são materiais usados para impressão em 3D de tecido.
Eles combinaram dECM-MA dos músculos esqueléticos de porcos com fibrilação poli(álcool vinílico) (PVA), uma técnica que fornece pistas para as moléculas na biotinta para guiá-las ao seu tecido-alvo e garantir que estejam devidamente alinhadas. Ao otimizar o PVA para permitir estruturas celulares estáveis, viáveis e bem alinhadas, os pesquisadores foram capazes de melhorar a regeneração muscular e a restauração da função.
Eles testaram a técnica em ratos com músculos lesionados nos pés. Quando comparados com ratos não feridos da mesma idade e ratos com a mesma lesão, mas sem tratamento, os ratos tratados com a técnica de regeneração muscular mostraram mais de 80% de restauração da função muscular. Além disso, os músculos modificados pela bioengenharia se integraram bem aos sistemas neural e vascular dos ratos.
Esses resultados promissores sugerem que a combinação de dECM-MA com PVA é um método clinicamente viável para alcançar a regeneração de tecidos em grande escala, desde que o dano não se estenda às células próximas das quais os tecidos podem ser derivados.
Segundo os pesquisadores, esta abordagem de bioimpressão avançada para a bioengenharia funcional de construções musculares esqueléticas pode ser uma opção terapêutica eficaz para tratar lesões extensas de defeitos musculares com inervação e vascularização aceleradas.
Como a técnica requer células do paciente, o grupo antecipa alguns obstáculos na tradução da metodologia para seres humanos, onde será especialmente benéfica para sistemas que requerem alinhamento em nível celular, como músculos cardíacos e esqueléticos. Nesse ínterim, eles planejam continuar os testes pré-clínicos em construções musculares maiores e mais clinicamente relevantes em animais maiores, como coelhos, cães e porcos.
Um dos muitos efeitos do envelhecimento é a perda de massa muscular, o que contribui para a incapacidade dos idosos. Para conter essa perda, os cientistas do Instituto Salk, nos EUA, estão estudando maneiras de acelerar a regeneração do tecido muscular, usando uma combinação de compostos moleculares comumente usados na pesquisa com células-tronco.
Em estudo publicado em 25 de maio de 2021, na Nature Communications, os pesquisadores mostraram que o uso desses compostos aumentou a regeneração das células musculares em camundongos ao ativar os precursores das células musculares, chamados progenitores miogênicos.
Embora mais algum trabalho seja necessário antes que essa abordagem possa ser aplicada em humanos, a pesquisa fornece uma visão sobre os mecanismos subjacentes relacionados à regeneração e ao crescimento muscular, e pode um dia ajudar os atletas e também os adultos mais velhos a regenerar o tecido de forma mais eficaz.
Os compostos usados no estudo são frequentemente chamados de fatores Yamanaka, em homenagem ao cientista japonês que os descobriu. Os fatores de Yamanaka são uma combinação de proteínas (chamadas de fatores de transcrição) que controlam como o DNA é copiado para tradução em outras proteínas. Em pesquisas de laboratório, eles são usados para converter células especializadas, como células da pele, em células mais semelhantes a células-tronco que são pluripotentes, o que significa que têm a capacidade de se tornarem muitos tipos diferentes de células.
A regeneração muscular é mediada por células-tronco musculares, também chamadas de células-satélites. As células-satélites estão localizadas em um nicho entre uma camada de tecido conjuntivo (lâmina basal) e fibras musculares (miofibras).
Neste estudo, a equipe usou dois modelos diferentes de camundongos para identificar as alterações específicas das células-tronco musculares ou específicas do nicho após a adição de fatores de Yamanaka. Eles se concentraram em ratos mais jovens para estudar os efeitos dos fatores independentes da idade.
No modelo específico da miofibra, eles descobriram que adicionar os fatores Yamanaka acelerava a regeneração muscular em camundongos, reduzindo os níveis de uma proteína chamada Wnt4 no nicho, que, por sua vez, ativava as células-satélites.
De acordo com Izpisua Belmonte, que ocupa a cadeira Roger Guillemin, as observações deste estudo podem eventualmente levar a novos tratamentos visando Wnt4. Os pesquisadores estudam outras maneiras de rejuvenescer as células, incluindo o uso de mRNA e engenharia genética. Essas técnicas podem eventualmente levar a novas abordagens para estimular a regeneração de tecidos e órgãos.
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