Laboratório de Cardiologia Celular e Molecular

   O Laboratório de Cardiologia Celular e Molecular, anteriormente denominado Laboratório de Membranas Excitáveis, foi criado em 1985. Inicialmente, o Laboratório se dedicou ao estudo de canais iônicos, com especial ênfase nas junções comunicantes, e, ao longo dos anos, expandiu suas áreas de interesse. Atualmente, as linhas de pesquisa desenvolvidas no Laboratório estão focadas em sete áreas principais:

  1. Doenças auto-imunes que afetam o coração;
  2. Isolamento, cultivo e diferenciação de células-tronco embrionárias, células-tronco pluripotentes induzidas, células-tronco tecido específicas e células estromais mesenquimais;
  3. Terapias celulares para doenças cardíacas;
  4. Terapias celulares para doenças hepáticas;
  5. Bioengenharia de órgãos e tecidos
  6. Modelagem de doenças
  7. MicroRNAs no diagnóstico e terapêutica de doenças cardíacas

 

            Abaixo, iremos apresentar uma breve descrição dos tópicos que passaram a ser estudados em cada linha de pesquisa.

1. Doenças auto-imunes que afetam o coração: nesta linha de pesquisa, os estudos concentram-se na doença de Chagas e na miocardiopatia dilatada. A doença de Chagas é causada pela infecção com um parasita protozoário, o Trypanosoma cruzi, e durante sua fase crônica, pode comprometer o coração. Tem-se demonstrado que anticorpos produzidos durante as fases aguda e crônica da doença são capazes de reconhecer antígenos cardíacos. Entre os anticorpos produzidos na fase crônica, nós e outros pesquisadores demonstramos que aqueles contra os receptores acoplados a proteína G (GCPR) são capazes de ativar funcionalmente estes receptores.

No coração, os receptores ß1-adrenérgicos e os muscarínicos (M2) são alvos dos anticorpos presentes nos soros de pacientes chagásicos. Nós demonstramos que anticorpos que reconhecem as proteínas P-ribossomais de T. cruzi, se ligam à segunda alça extracelular dos GCPRs no coração e ativam estes receptores, sugerindo que um mecanismo de mimetismo molecular pode estar envolvido na resposta imune na doença de Chagas. Nós estudamos a ativação dos receptores pelos anticorpos, registrando distúrbios de condução no eletrocardiograma em corações isolados pela técnica de Langendorf e medindo as correntes de cálcio de tipo L em miócitos isolados do coração de coelhos, pela técnica de “patch-clamp” nas configurações “whole-cell” e “cell-attached” e medimos a ligação dos anticorpos aos GPCRs diretamente pelo deslocamento de ligantes radioativos. Atualmente, testamos os efeitos destes anticorpos em cardiomiócitos humanos obtidos através da diferenciação de células de pluripotência induzida.

Ainda nesta linha, produzimos um camundongo transgênico que expressa as proteínas P-ribossomais de T. cruzi especificamente no coração, sob controle de um promotor indutível por tetraciclina. Neste modelo animal estamos testando o papel das proteínas ribossomais, e de anticorpos direcionados a estas proteínas, na patogênese da doença de Chagas. Vale ressaltar a estreita colaboração do nosso laboratório com o Laboratório de Eletrofisiologia Cardíaca Antonio Paes de Carvalho nesta linha.

 

2. Isolamento, cultivo e diferenciação de células-tronco embrionárias, células-tronco pluripotentes induzidas, células-tronco tecido específicas e células-tronco mesenquimais: Esta linha de pesquisa visa identificar a célula-tronco ideal para ser utilizada nos transplantes celulares. Nossa hipótese de trabalho é que para uma determinada patologia cardíaca ou hepática será possível encontrar um tipo de célula-tronco que possibilite ampliar as perspectivas terapêuticas do paciente para além do transplante de órgão. Embora a célula-tronco escolhida possa não ter todas as características de uma célula ideal, será possível isolar, cultivar e expandir dentro de uma janela terapêutica adequada ao tratamento de uma determinada doença cardíaca ou hepática um tipo de célula-tronco que possibilite esta alternativa terapêutica aos pacientes. As células-tronco são ferramentas de enorme valor para a pesquisa biomédica e para a medicina regenerativa e, portanto, a comparação das vantagens e desvantagens do uso de um ou outro tipo celular em uma determinada doença cardíaca ou hepática é fundamental para a translação dos resultados experimentais à clínica.

No campo das células-tronco de pluripotência induzida (iPS) estamos produzindo iPS de pacientes com arritmias cardíacas e de pacientes tratados com quimioterápicos que desenvolvem insuficiência cardíaca, para depois diferenciá-las in vitro em cardiomiócitos e estudar as propriedades eletrofisiológicas e a biologia celular destes cardiomióctios em colaboração com o Laboratório de Eletrofisiologia Cardíaca Antonio Paes de Carvalho. Ainda nesta área estamos investigando mecanismos de diferenciação direta de fibroblastos da pele e cardíacos em cardiomiócitos sem passagem pelo estado pluripotente. Investigamos também a diferenciação de células pluripotentes em cardiomiócitos, buscando métodos robustos e reprodutíveis para a geração de grandes quantidades de cardiomiócitos a partir de ESC e iPS.

 

3. Terapias celulares em doenças cardiovasculares: Este projeto está voltado para o uso de células-tronco embrionárias ou adultas (descritas no item 2), na melhoria da função cardíaca em ratos e camundongos submetidos ao infarto do miocárdio, através de ligadura permanente ou temporária da artéria coronária descente anterior (LAD), no modelo de doença Chagásica em camundongos e cães, e no modelo de cardiopatia induzida por quimioterápico. Também neste caso, mantemos estreita colaboração com o laboratório de Eletrofisiologia Cardíaca Antonio Paes de Carvalho.

No modelo do infarto, analisamos a função cardíaca dos ratos e camundongos infartados através de eletrocardiograma, ecocardiografia e ergoespirometria. Injetamos, então, as células-tronco diretamente no coração do animal, e re-analisamos a função cardíaca duas, quatro, seis e dez semanas após a terapia celular. Os resultados têm demonstrado uma melhora considerável da função cardíaca, com a recuperação da fração de ejeção em todos os animais tratados com o uso de células mesenquimais e mesmo com a fração mononuclear da medula óssea de animais doadores singenêicos. Testamos também células-tronco cardíacas, derivadas de cardioesferas, sem ter visto um benefício adicional deste tipo de célula. No momento estamos testando cardiomiócitos derivados  de células-tronco pluripotentes (embrionárias ou de pluripotência induzida) e microvesículas derivadas destas células.

No modelo de doença de Chagas, analisamos a função cardíaca por meio de eletrocardiografia, ecocardiografia e ressonância magnética e os resultados demonstraram que as células de medula óssea (mononucleares ou mesenquimais) foram capazes de prevenir e também de reverter a dilatação do ventrículo direito. Realizamos também experimentos de bioluminescência que nos permitem avaliar a biodistribuição das células injetadas por via intravenosa. Como no modelo murino parece não ocorrer disfunção ventricular esquerda, estamos desenvolvendo, com o grupo da Universidade Federal de Ouro Preto, um projeto em cães. Neste projeto usaremos células estromais mesenquimais para prevenir ou reverter a disfunção ventricular esquerda.

No modelo de cardiomiopatia induzida por quimioterápico nós já demonstramos um efeito benéfico com o uso de cardiomiócitos derivados de ESC em camundongos. Atualmente estamos testando os efeitos das vesículas extracelulares derivadas de células pluripotentes neste modelo.

 

4. Terapias Celulares em doenças hepáticas: Neste projeto utilizamos modelos experimentais de lesão hepática em ratos ou camundongos. Esses modelos incluem: (I) injeções de Tetracloreto de Carbono e ingestão de Etanol, (II) Radiação Ionizante e (III) Hepatectomia, e são utilizados para estudar o potencial terapêutico do transplante de células-tronco de diferentes origens (descritas no item 2) na recuperação de lesões hepáticas.  Após a indução dos modelos analisamos as lesões e a função hepáticas por meio de análises bioquímicas séricas, ultrassonográficas e histológicas.  Injetamos, então, as células de interesse, e re-analisamos a função hepática.

 

5. Bioengenharia de órgãos e tecidos: Esse projeto visa o reparo de tecidos lesados ou degenerados por substitutos funcional e estruturalmente equivalentes. Ele abrange os processos que usam as células vivas autólogas, alogênicas ou xenogênicas como agentes terapêuticos. Atualmente, estamos desenvolvendo matrizes biológicas, a partir de corações e fígados descelularizados para testar o potencial de recelularização com as células-tronco e estabelecer um tecido funcional para transplante e teste de fármacos.

 

6. Envelhecimento:

Este projeto está voltado para a utilização de iPS geradas a partir de células somáticas de pacientes portadores da Síndrome Huntchinson-Gilford (Progeria). Estas iPS são diferenciadas em cardiomiócitos e suas propriedades biológicas estudadas por distintos métodos. Estamos também investigando a presença de marcadores metabólicos no plasma de pacientes com Progeria. Além disso, em modelos de parabiose heterocrônica (onde há troca de circulação sanguínea entre camundongos jovens e velhos) e em ratos jovens e velhos, com e sem hipertensão arterial sistêmica, investigamos a presença de fatores de envelhecimento ou rejuvenescimento no sangue, por métodos ômicos.

 

7. MicroRNAs e Remodelamento Cardíaco: MicroRNAs são pequenos RNAs não codificantes que inibem a tradução de RNAs mensageiros através de um processo conhecido como silenciamento gênico. Essas moléculas são capazes de regular famílias inteiras de RNAs mensageiros pois sua interação ocorre a partir de apenas 7 pares de bases. Assim, o potencial de regulação de um único microRNA é enorme, tornando-os moléculas de alto interesse para o entendimento de processos biológicos e para novas intervenções terapêuticas. Neste projeto, estudamos o papel dos microRNAs no remodelamento após o infarto do miocárdio e na progressão para insuficiência cardíaca. Para isso, utilizamos um modelo animal de infarto do miocárdio em ratos. Amostras de tecido cardíaco obtidas nos diferentes pontos de progressão do infarto para a insuficiência cardíaca são estudadas por microarranjos de PCR quantitativo para microRNAs. Como resultado final esperamos correlacionar a expressão de microRNAs específicos com a falência cardíaca, identificando potenciais alvos terapêuticos.

 

Equipe:

Chefe de Laboratório: Antonio Carlos Campos de Carvalho

Docentes: Adriana Bastos Carvalho e Regina Coeli dos Santos Goldenberg.

Pós-doutorandos: Gustavo Monnerat Cahli, Ernesto Curty da Costa, Isalira Peroba Ramos de Góes Freitas, Karina Dutra Asensi, Lanuza Alaby Pinheiro Faccioli, Raiana Andrade Quintanilha Barbosa e Taís Hanae Kasai-Brunswick.

Doutorandos: Dayana da Silva de Araujo, Grazielle Suhett Dias, Frederico Luis Lima Rosa, Isabela de Carvalho Leitão, Marcus Vinicius Naghetini dos Santos, Rafael Serafim Pinto e Raphaela Pires Ferreira.

Mestrandos: Beatriz Toja de Miranda, Júlia do Carmo Silveira, Marlon Lemos Dias e Rafael Campos da Silva Menezes.

Alunos de Iniciação Científica: Daniel Rodrigues Souza, Clara Seydel, Julia Helena Oliveira de Barros, Maria Antonio Ribeiro de Souza Sampaio, Thays Ribeiro Rodrigues de Almeida, Victor Hoff e Victor Jun Konno Secomandi,

Corpo Técnico: Ana Célia Sá de Carvalho, Cibele Ferreira Pimentel, Cíntia Marina Paz Batista, Cleusa Schafhauser, Dilza Balteiro Pereira Campos e Michelle Lopes Araújo.