CÓRNEAPapel actual da engenharia de tecidos na sua reparação, regeneração e substituição

IECT 2011/2012Nuno CostaMIEBM

SUMÁRIO

Anatomia do olho e córnea Patologias da córnea Necessidade de substitutos para

córneas Resposta da engenharia de tecidos ás

necessidades Casos de estudo

Perspectivas Futuras

ANATOMIA do olho e córnea

Avascular e a sua enervação é desprovida de bainha de mielina, o que garante a total transparência.

Transparência – devido à sua estrutura uniforme, avascular e desidratação.

“Immune Privilege”

PATOLOGIAS da Córnea

CLASSIFICAÇÃO GERAL

Hereditárias Distrofia(Keratoconus)

Envelhecimento

Trauma/Danificação Alkaline and acidic burns

Infecção Trachoma herpes simplex virus (HSV)

Dano irreversível ou mau funcionamento da córnea,

células do limbus e danificação dos nervos

- Perda de transparência

- Perda de visão parcial ou total

URGÊNCIA de métodos de tratamento

NECESSIDADEde SUBSTITUTOS

para córneas

Porquê

?

MÉTODOS CIRÚRGICOS – TRATAMENTO CONVENCIONAL

Penetrating Keratoplasty (PKP) Transplantação das três camadas da cornea por

um allo enxerto Um dos tipos de transplante de orgãos com maior

sucesso, TAXA DE SUCESSO SUPERIOR A 80%

Lamellar keratoplasty (LKP) Procedimento cirugico alternativo no qual é

removido o epitélio e o estroma, danificado ou com doença, deixando o endotélio intacto.

Problemas dos métodos cirúrgicos

Casos de alto risco não podem ser tratados com PKP ou LKP:

Danos profundos Queimaduras alcalinas Olho muito seco

Doenças oculares Stevens-Johnson syndrome (SJS) Ocular citracial pemphigoid Neurotropic scars

Vascularização

Infecção com o HSV

Desordens imunológicas

Deficiências nas células estaminais

Problemas da utilização da córnea doada

Substituição da córnea danificada com um allo enxerto com grande SUCESSO A CURTO PRAZO:

Uma TAXA DE REJEIÇÃO DE 15% leva ao FRACASSO de cerca de 10 % dos enxertos em 2 anos

A QUANTIDADE de doadores de córneas

INFECÇÕES que podem ser passadas do doador para o hospedeiro

NECESSIDADE DE SUBSTITUTOS PARA CORNEAS E NOVOS MÉTODOS

MÉTODOS IN SITU para estabilizar e reparar a córnea como alternativas à cirurgia estão a ganhar rapidamente aceitação, assim como novos substitutos para córneas, por exemplo:

Injecção directa de células estaminais corneal crosslinking (reticulação)

Corneas artificiais

REQUISITOS DE DESIGN DA CÓRNEA

1. INTEGRAR durante um longo período de tempo SEM RESPOSTA IMUNOLÓGICA

2. Manter permanentemente a TRANSPARÊNCIA do centro óptico

3. Ser MECANICAMENTE CONSISTENTE para aguentar a implantação e as exigências fisiológicas

4. Permitir a DIFUSÃO DE GASES E NUTRIENTES

5. PREVENIR a FORMAÇÃO DE MEMBRANA RETROCORNEAL FIBROSA

6. Suportar tanto a RECONSTRUÇÃO DO EPITÉLIO como a AUTO-RENOVAÇÃO DO EPITÉLIO

7. Promover a REENERVAÇÃO

RESPOSTAda engenharia de

tecidos às necessidades

Ferramentas

Abordagem com Biomateriais

Keratoprothesis(Kpros):

Próteses artificiais constituídas por biomateriais que servem de suporte e estrutura a córneas doadas.

Substituição e Regeneração

baseada em células semeadas em biomateriaisSCAFFOLDs

Abordagem com tecidos

equivalentes

Construção de uma córnea equivalente, total ou parcial, tendo como

ferramenta base a célula sem a utilização de

biomateriais

Fontes Celulares:- Células autologas (de outros nichos)- Allocells- Células estaminais do limbus- Células animais

Jason liu, Corneal Tissue Engineering: A Review

ACTUALMENTE

Sucessivas falhas das Kpros em: INTEGRAR DIFUSÃO DE GASES E NUTRIENTES PREVENIR FORMAÇÃO DE MEMBRANA

RETROCORNEAL FIBROSA RECONSTRUÇÃO DO EPITÉLIO REENERVAÇÃO

Aposta na construção de córneas com tecidos

equivalentes com ou sem a ajuda de biomateriais

MAIOR POTENCIAL

Casos de estudo

RECONSTRUÇÃO DA CORNEA A PARTIR DE CÉLULAS AUTOLOGAS DO EPITÉLIO DA MUCOSA ORAL EM 4 PACIENTES (2004):

Propósito: Tentativa de ultrapassar o problema de doenças bilaterais

que afectam as células estaminais do limbus.

Kohji et al, Corneal Reconstruction with Tissue Engineered Cell Sheets Composed of Autologous Oral Mucosal Epithelium

MÉTODOS E APLICAÇÕES

Reconstrução da cornea a partir de células autologas do epitélio da mucosa oral

Experiência para ultrapassar o problema de doenças bilaterais que provocam deficiência nas células estaminais do olho

Epitélio da mucosa oral

Cultura de células

Epitélio de uma córneaKohji et al, Corneal Reconstruction with Tissue Engineered Cell Sheets Composed of Autologous Oral Mucosal Epithelium

Resultados

Reconstrução do epitélio ocorreu após uma semana nos quatro pacientes.

Transparência da córnea foi restabelecida e a precisão visual aumentou consideravelmente pós operação

Durante um período de controlo de 14 meses todas as superfícies corneais mantiveram-se transparentes e não ocorreram complicações

Resultados

RECONSTRUÇÃO DA CÓRNEA ATRAVÉS DE UMA ABORDAGEM DE SELF-ASSEMBLY DE TECIDO USANDO 3 TIPOS DE CÉLULAS NATIVAS (2009)

Propósito do estudo: Produzir e caracterizar corneas construidas a partir de

células do epitélio, estroma e endotélio, através do método de “Self-assembly”.

Mostrar que não é necessário biomateriais como suporte para a reconstrução.

Método (Self assembly): Keratocytes (fibroblastos especializados) secretam a sua

matriz extracelular e formam camadas de células que são sobrepostas para reconstruir o estroma. Células endoteliais e epiteliais são semeadas em ambos os lados do estroma.

Resultados

Córnea reconstruida

Cologénio tipo I por imunoflurescência

Proulx et al, Reconstruction of a human cornea by the self-assembly approachof tissue engineering using the three native cell types

MÉTODOS E APLICAÇÕES

Reconstrução da cornea a partir de células autologas do epitélio da mucosa oral

Experiência para ultrapassar o problema de doenças bilaterais que provocam deficiência nas células estaminais do olho

Epitéliopor imunoflurescência

Endotéliopor imunoflurescência

Proulx et al, Reconstruction of a human cornea by the self-assembly approachof tissue engineering using the three native cell types

Combinação dos métodos. Abordagem dos Biomateriais com os métodos baseados em células estaminais.

Optimizar cada um dos métodos actuais e verificar quais é que se adequam a determinado caso.

Fase embrionária, muitas estratégias podem vir a surgir nos próximos anos.

Espera-se que a oferta cubra a procura de córneas para transplante e de métodos de regeneração e reparação.

PERSPECTIVAS FUTURAS

Lanza, Robert and Langer,Robert and Vacanti, Joseph, Principles of tissu engineering, 3th, AP, 2009 p.1011-1060

Atala et al, Principles of Regenerative Medicine, 2th, AP, 2011, p.911-921

Griffith, L.G. and G. Naughton, Tissue engineering current challenges and expanding opportunities. Science, 2002. 295(5557): p. 1009

Hollister, S.J., Porous scaffold design for tissue engineering. Nature materials, 2005. 4(7): p. 518-524.

Proulx et al, Reconstruction of a human cornea by the self-assembly approach of tissue engineering using the three native cell types, Molecular vision 2010

Kohji et al, Corneal Reconstruction with Tissue Engineered Cell Sheets Composed of Autologous Oral Mucosal Epithelium, The new england journal of medicine, 2004

Liu, Jason, Corneal Tissue Engineering: A Review , 2008

Bibliografia