Principais Linhas de Pesquisa

Aqui estão as principais linhas de pesquisa organizadas pelos sistemas: cardiovascular, nervoso, respiratório, renal, digestivo, endócrino, locomotor e tegumentar. ​a serem desenvolvidas pelo INCT-REGENERA usando a abordagem de sistemas fisiológicos.

Sistema cardiovascular

propomos gerar células iPSCs de pacientes com síndrome do QT longo (tipos 1 e 2) e cardiomiopatia hipertrófica, diferenciá-los em CM e caracterizar suas propriedades ômicas além de estudar as suas características eletrofisiológicas, comparando-as a de CM derivados de células iPSCs de doadores saudáveis. A técnica para diferenciar CM a partir de iPSCs também será usada para gerar CM a partir de iPSCs de animais e usá-las em estudos de Terapia Celular em modelos animais de doenças humanas (doença isquêmica do coração, cardiomiopatia chagásica). Além disso, as células-tronco progenitoras tecido-específicas (cardíacas e endoteliais) serão testadas, isoladamente ou em combinação, nestes mesmos modelos animais e em modelos de doença arterial periférica (DAP). Estes estudos serão realizados, inicialmente, em modelos animais de pequeno porte, caso sejam bem sucedidos, serão testados em animais de porte médio antes de prosseguir para estudos em humanos. Nos seres humanos dois ensaios clínicos usando células derivadas da medula óssea já estão previstos: um na angina refratária e um em DAP. Para ambos, o financiamento já está disponível, portanto não requerem o uso de recursos do projeto. Numa abordagem mais de Ciência Básica, ainda longe de aplicação clínica, tentaremos a reprogramação direta de fibroblastos em CM tanto in vitro como in vivo. A descelularização de corações de roedores já foi, por nós, realizada e no presente projeto investiremos na recelularização adequada, utilizando CMs derivados de IPSCs. Analisaremos a possibilidade de produzir enxertos por bioimpressão de CMs derivados de células pluripotentes e progenitores endoteliais em diferentes biomateriais para o uso em terapia de lesões cardíacas. 
No sistema locomotor
propomos desenvolver matrizes complexas para a regeneração do osso e da cartilagem articular, bem como terapias com células funcionalizadas com biomoléculas sinalizadoras, visando o desenvolvimento de produtos de acordo com as boas práticas de fabricação (BPF), que serão avaliados com metodologias padronizadas em modelos pré-clínicos e clínicos. Biomiméticos e matrizes 3D bioabsorvíveis à base de fosfatos de cálcio, polímeros, óxidos de ferro e compósitos serão desenvolvidos de acordo com os métodos convencionais e de prototipagem rápida. Os biomateriais serão avaliados com base nas características físico-químicas e biológicas e funcionalizados utilizando-se moléculas bioativas, fatores de crescimento e diferenciação. A genotoxicidade será avaliada através da análise gênica e cromossômica. A estabilidade genética das células na presença de (nano)(bio) materiais/biomoléculas será realizada tanto cromossomicamente quanto no nível de expressão gênica. As MSCs e células endoteliais serão combinadas com diferentes tipos de biomateriais e com fatores de crescimento e diferenciação para avaliação de: adesão, proliferação e diferenciação celular, grau de vascularização, biocompatibilidade, e funcionalidade destas construções in vitro e em estudos pré-clínicos e clínicos padronizados. O potencial reparador das matrizes recelularizadas e funcionalizadas será avaliado através de ensaios pré-clínicos e clínicos.

​No sistema renal 

os rins de ratos serão descelularizados e recelularizados (usando células pluripotenes, ESC e iPSC,  e células progenitoras renais/endoteliais) e esses resultados serão aplicados em ensaios com rins de porcos. Em outra abordagem, as matrizes serão desenvolvidas utilizando-se biopolímeros associados aos vários tipos de células mencionados acima. A geração de iPSCs de pacientes com doença renal policística e indivíduos saudáveis, sua caracterização ômica e análise dos mecanismos celulares e moleculares serão realizadas. Ademais, avaliar-se-á a resposta da terapia com diferentes tipos de células em modelos animais de doenças renais. 

No sistema respiratório

iPSCs de pacientes com fibrose cística (bem como de indivíduos hígidos) serão geradas e diferenciadas em células do epitélio das vias aéreas para estudar suas características morfo-funcionais. Modelos animais de asma, enfisema, síndrome do desconforto respiratório agudo e silicose serão utilizados para testar os efeitos de microvesículas e exosomos derivados de MSC. Os pulmões de ratos e camundongos serão descelularizados e a recelularizados utilizando-se MSCs, bem como pneumócitos tipo II e células epiteliais das vias aéreas derivadas de iPSCs. A descelularização de traqueias de animais e sua recelularização com células humanas também serão realizadas com o intuito de fornecer aos cirurgiões um substituto traqueal. Dois ensaios clínicos já estão previstos: um em pacientes com asma grave que não respondem a terapia com esteróides e anti-IgE (terapia com células derivadas da medula óssea) e outro em pacientes com enfisema (terapia com MSCs). O financiamento também já foi obtido para tais estudos clínicos que não dependem da verba do projeto atual.

No sistema nervoso

 iPSCs serão geradas a partir de pacientes com síndrome de Down e pacientes com ELA, e serão estudadas conforme descrito acima para o sistema cardiovascular. Os modelos animais de lesões de nervos periféricos serão usados para testar diferentes tipos de células-tronco, a saber: células-tronco mesenquimais, progenitores neuronais, neurônios derivados de iPSCs, associados a matrizes (funcionalizadas ou não) ou isoladamente. Os mesmos tipos de células também serão testados em modelos de isquemia cerebral, trauma. Os modelos de doenças neurodegenerativas serão explorados, com ênfase em ELA, Parkinson, doença de Alzheimer e esclerose múltipla, para testar os efeitos de terapias celulares utilizando MSCs, células progenitoras neurais e células gliais e neurônios derivados de iPSCs. Vale ressaltar que também será avaliada a eficácia de microvesículas/exosomos derivados de diferentes células-tronco nesses modelos animais. Dois ensaios clínicos já estão previstos: um em lesões da medula espinhal usando MSC e outro em acidente vascular cerebral isquêmico utilizando-se células derivadas da medula óssea. Para ambos os ensaios clínicos, o financiamento já foi obtido e, tais estudos não dependem do projeto atual. A reprogramação direta de fibroblastos ou de outros tipos celulares em tipos neuronais específicos será realizada in vitro. 
​

No sistema endócrino

O objetivo do INCT-REGENERA é continuar os estudos clínicos de terapia com ilhotas, como alternativa ao transplante de pâncreas, em pacientes diabéticos tipo 1 descompensado. Vale ressaltar que esse estudo também já conta com verba de outros projetos. Uma vez que os transplantes de pâncreas e de ilhotas são alogeneicos, ambos necessitam de terapia imunossupressora, que podem provocar efeitos secundários indesejáveis. Nos últimos anos desenvolvemos e patenteamos um novo biopolímero para encapsulamento de ilhotas, demonstrando que as ilhotas encapsuladas são capazes de reverter o diabetes induzido em modelos animais na ausência de imunossupressão, mesmo quando as ilhotas advém de animais de diferentes espécies (xenotransplante), criando uma opção terapêutica para o diabético tipo 1.  Além disso, como a disponibilidade de doadores de pâncreas é escassa, não é possível depender de doação humana. Outra promissora fonte de células produtoras de insulina são as células-tronco pluripotentes que se diferenciam em células produtoras de insulina (iPSCs). Pesquisadores do nosso grupo foram capazes de diferenciar células-tronco embrionárias em agregados de células produtoras de insulina (IPCCs), que não só produzem insulina, mas, quando encapsuladas e implantadas em camundongos diabéticos, são capazes de reverter o diabetes. Uma importante meta do INCT-REGENERA será integrar a biologia celular e bioengenharia visando aumentar a escala de produção de células/matrizes para possibilitar aplicação clínica. Também pretendemos utilizar esta nova e revolucionária fonte de células beta para repovoar matrizes 3D de pâncreas  descelularizados e reconstituir a sua função, produzindo um órgão bio-artificial. Modelos animais (pequeno e grande porte) de diabetes serão utilizados, para prova de conceito, usando os órgãos bio-artificiais com o intuito de reverter o quadro do DM, avaliando-se os resultados por uma série de técnicas.
No sistema digestório,
​pretendemos descelularizar fígados obtidos a partir de roedores e/ou porcos, a fim de recelularizar estas biomatrizes com linhagens de células hepáticas, células progenitoras do fígado e células-tronco pluripotentes pré-diferenciadas para produzir um fígado bioartificial funcional em 3D. O tecido/lobo hepático ou o órgão inteiro bioengenheirado será transplantado em um modelo experimental de cirrose hepática. Hepatócitos derivados de iPSCs ou por reprogramação direta das células do parênquima hepático e linhagens geneticamente modificadas para super-expressar dois hormônios indutores de diferenciação celular, o HGF e o IGF-1, também serão utilizados para o tratamento de doença crônica do fígado em modelos animais.
No sistema tegumentar,
nanomatrizes poliméricas e matrizes serão produzidas por eletrofiação; hidrogéis de celulose bacteriana e de carragenana de algas. As culturas de MSCs, células-tronco/progenitoras epidermais e queratinócitos serão preparadas a partir de amostras de pele de pacientes submetidos a cirurgias plásticas. As células serão submetidas a cultivos tridimensionais em associação a essas matrizes. Serão realizados ensaios pré-clínicos de integração das células e matrizes em lesão cutânea em camundongos. Análises histológicas, celulares e moleculares serão realizadas para avaliar as várias fases da regeneração tecidual. Um estudo clínico avaliando-se a terapia com MSCs nas úlceras cutâneas de pacientes portadores de anemia falciforme será realizado e já tem financiamento de outras fontes.