Avanço na produção de sangue artificial
Uma descoberta que poderá tornar a produção de sangue artificial mais eficiente no futuro
Há várias décadas que os cientistas têm vindo a trabalhar na produção artificial de sangue. Agora, investigadores da Universidade de Konstanz e da Universidade Queen Mary de Londres deram um importante passo em direção a esse objetivo com uma nova descoberta.
Na Alemanha, são necessárias cerca de 15 000 unidades de sangue por dia, a maioria das quais provém atualmente de doações. A investigação sobre o desenvolvimento de fontes alternativas, como a produção de sangue artificial em grande escala, está em curso há décadas, mas ainda está longe de atingir a sua utilidade generalizada. O principal desafio reside na forma complexa e ainda não totalmente compreendida como o nosso corpo produz naturalmente este fluido vital.
A Dra. Julia Gutjahr, bióloga do Instituto de Biologia Celular e Imunologia de Thurgau da Universidade de Konstanz, estuda os mecanismos de produção de sangue. Juntamente com colegas da Queen Mary University of London, identificou o sinal molecular, a quimiocina CXCL12, que desencadeia a expulsão do núcleo pelos precursores dos glóbulos vermelhos, um passo fundamental no desenvolvimento dos glóbulos vermelhos.
A produção de sangue requer um timing perfeito
No corpo, a produção natural de sangue tem lugar na medula óssea. As células estaminais desenvolvem-se em eritroblastos, que são células precursoras dos eritrócitos - os glóbulos vermelhos. "Na fase final do desenvolvimento de um eritroblasto num eritrócito, o eritroblasto expulsa o seu núcleo. Este processo só ocorre nos mamíferos, permitindo criar mais espaço para a hemoglobina envolvida no transporte de oxigénio", explica Gutjahr.
Embora o processo de maturação das células estaminais em eritrócitos esteja agora quase optimizado, até agora não se sabia quais os factores que induzem a expulsão do núcleo. "Descobrimos que a quimiocina CXCL12, presente sobretudo na medula óssea, pode desencadear a expulsão do núcleo, embora em interação com vários factores. Ao adicionar CXCL12 aos eritroblastos no momento certo, conseguimos induzir artificialmente a expulsão do seu núcleo", afirma Gutjahr.
Esta descoberta é um avanço científico que, no futuro, deverá ajudar a tornar a produção de sangue artificial muito mais eficiente. No entanto, ainda será necessária mais investigação. Gutjahr começou este trabalho em 2019 como investigadora de pós-doutoramento no laboratório do Professor Antal Rot na Queen Mary University of London. Continua agora a sua investigação na Universidade de Konstanz. Desde 2023, lidera os seus próprios grupos de investigação no Instituto de Biologia Celular e Imunologia de Thurgau, onde continua os estudos sobre o CXCL12.
"Estamos atualmente a investigar como utilizar o CXCL12 para otimizar a produção artificial de eritrócitos humanos", explica Gutjahr. "Para além da sua aplicação prática imediata na produção industrial de glóbulos vermelhos, os nossos resultados permitiram uma compreensão completamente nova dos mecanismos biológicos celulares envolvidos nas respostas dos eritroblastos às quimiocinas. Enquanto todas as outras células migram quando estimuladas pela CXCL12, nos eritroblastos esta molécula sinalizadora é transportada para o interior da célula, até ao núcleo", acrescenta Rot. "Aí, acelera a sua maturação e ajuda a expulsar o núcleo. A nossa investigação mostra, pela primeira vez, que os receptores de quimiocinas não actuam apenas à superfície da célula, mas também no seu interior, abrindo assim perspectivas inteiramente novas sobre o seu papel na biologia celular", afirma Rot.
Produção optimizada para aplicações mais vastas
As células estaminais são atualmente o método mais eficaz para produzir sangue artificial, com a expulsão nuclear a ocorrer em cerca de 80% das células. No entanto, as fontes de células estaminais são limitadas, dependendo do isolamento do sangue do cordão umbilical ou de doações de medula óssea para o tratamento de doenças específicas, o que não é viável para a produção em massa de sangue para satisfazer as necessidades clínicas.
No entanto, recentemente, tornou-se possível reprogramar diferentes tipos de células em células estaminais e utilizá-las para gerar glóbulos vermelhos. Esta abordagem oferece uma fonte de células quase ilimitada para a produção de sangue artificial, mas demora muito mais tempo e a taxa de sucesso da expulsão do núcleo é apenas de cerca de 40%. "Com base nas nossas novas descobertas, que destacam o papel fundamental do CXCL12 no desencadeamento da expulsão do núcleo, podemos esperar que a utilização do CXCL12 traga melhorias significativas na produção de glóbulos vermelhos a partir de células reprogramadas", afirma Gutjahr.
Se a produção em larga escala se tornar possível, poderá surgir uma vasta gama de aplicações. "Apesar de as células do corpo estarem facilmente disponíveis, o processo de produção em laboratório continuará a ser complexo. Mas permitiria a geração direcionada de tipos de sangue raros, ajudaria a colmatar a escassez ou permitiria aos indivíduos reproduzir o seu próprio sangue para tratamentos especializados em muitas doenças diferentes", afirma Gutjahr.
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Publicação original
Julia Christine Gutjahr, Elin Hub, Caroline Amy Anderson, Maryna Samus, Katharina Artinger, Esteban A. Gomez, Christoph Ratswohl, Natalie Wickli, Mandy Raum, Neil Dufton, Jesmond Dalli, Jemima J. Burden, Johan Duchene, Antal Rot; "Intracellular and nuclear CXCR4 signaling promotes terminal erythroblast differentiation and enucleation"; Science Signaling, Volume 18
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