‘Baço em um chip’ fornece informações sobre a doença falciforme

Pesquisadores do MIT, da Nanyang Technological University em Cingapura, do Pasteur Institute em Paris e de outras instituições já projetaram um dispositivo microfluídico, ou “baço em um chip”, que pode modelar como esse fenômeno, conhecido como sequestro esplênico agudo, surge.

Os pesquisadores descobriram que baixos níveis de oxigênio tornam mais provável que os filtros do baço fiquem entupidos. Eles também mostraram que aumentar os níveis de oxigênio pode desobstruir os filtros, o que pode ajudar a explicar como as transfusões de sangue ajudam os pacientes que sofrem dessa condição.

“Se aumentarmos os níveis de oxigênio, isso reverterá o bloqueio”, diz Ming Dao, principal pesquisador do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais do MIT e um dos principais autores do estudo. “Isso imita o que é feito quando há uma crise de sequestro esplênico. A primeira coisa que os médicos fazem é a transfusão e, na maioria dos casos, isso dá algum alívio ao paciente.”

Subra Suresh, ex-reitor de engenharia do MIT, professor emérito de engenharia de Vannevar Bush e ex-presidente da Nanyang Technological University de Cingapura; Pierre Buffet, diretor médico do Instituto Pasteur e professor da Universidade de Paris; e George Karniadakis, o professor Robinson e Barstow de matemática aplicada na Brown University, também são autores seniores do estudo. O pós-doutorado do MIT Yuhao Qiang é o principal autor do artigo, que aparece na Anais da Academia Nacional de Ciências essa semana.

Filtros entupidos

A maioria dos glóbulos vermelhos tem uma vida útil de cerca de 120 dias, portanto, quase 1% do suprimento deve ser removido todos os dias. Dentro do baço, o sangue flui através do tecido conhecido como polpa vermelha, que contém passagens estreitas chamadas fendas interendoteliais.

Essas fendas, formadas pelos espaços entre as células endoteliais que revestem os vasos sanguíneos do baço, têm dimensões máximas de abertura significativamente menores que as de uma hemácia. Quaisquer glóbulos vermelhos que não conseguem passar por essas minúsculas aberturas, porque estão danificados, enrijecidos ou deformados, ficam presos e são destruídos por células imunes chamadas macrófagos.

Para modelar a função de filtração do baço, os pesquisadores criaram um dispositivo microfluídico com dois módulos – o chip S, que imita as fendas interendoteliais, e o chip M, que imita os macrófagos. O dispositivo também inclui um canal de gás que pode ser usado para controlar a concentração de oxigênio de cada chip para simular as condições do corpo.

Usando este dispositivo, os pesquisadores procuraram entender melhor o sequestro esplênico agudo, que ocorre em cerca de 5% dos pacientes com doença falciforme, geralmente em crianças. Quando isso acontece, o baço aumenta de tamanho e o paciente fica gravemente anêmico. Os médicos geralmente tratam com transfusões de sangue, mas se isso não ajudar, o baço pode precisar ser removido cirurgicamente.

Trabalhando com glóbulos vermelhos saudáveis ​​e glóbulos vermelhos falciformes de pacientes com doença falciforme, os pesquisadores permitiram que as células fluíssem através de seu dispositivo sob níveis controlados de oxigênio.

Sob condições normais de oxigênio (20 por cento de oxigênio), as células falciformes criaram algum bloqueio nas fendas, mas ainda havia espaço para outras células sanguíneas passarem. No entanto, quando o nível de oxigênio diminuiu para 2%, as fendas rapidamente ficaram totalmente bloqueadas.

Quando os pesquisadores aumentaram o nível de oxigênio novamente, o bloqueio desapareceu. Isso pode explicar em parte por que as transfusões de sangue, que trazem células sanguíneas oxigenadas para o baço, podem ajudar os pacientes que sofrem de sequestro esplênico agudo, diz Dao.

“Nossas descobertas fornecem uma estrutura científica geral para orientar e racionalizar o que os médicos observam. Eles também ajudam a elucidar como o baço fornece uma função crítica para ajudar a filtrar as células sanguíneas”, diz Suresh.

Os pesquisadores descobriram que condições levemente desoxigenadas (5% de oxigênio) causam algum entupimento, mas não o suficiente para produzir uma crise de sequestro esplênico, o que pode explicar por que tais crises ocorrem raramente, diz Dao.

digestão lenta

Os pesquisadores então usaram o outro módulo do dispositivo, o chip M, para modelar o que acontece quando os glóbulos vermelhos encontram macrófagos em diferentes condições. Eles descobriram que, quando os níveis de oxigênio eram baixos, os glóbulos vermelhos falciformes eram muito mais propensos a serem capturados por macrófagos e ingeridos por eles. Na verdade, foram capturadas tantas células sanguíneas que os macrófagos ficaram sobrecarregados e não conseguiram destruí-las com rapidez suficiente, contribuindo para o entupimento das fendas.

Os pesquisadores também descobriram que as células falciformes rígidas mantiveram sua forma falciforme mesmo depois de ingeridas, o que tornou mais difícil para os macrófagos quebrá-las. “Cerca de metade dessas células permanecem falciformes por muito tempo e retardam todo o processo de digestão”, diz Dao.

Quando os níveis de oxigênio foram aumentados, as células sanguíneas recuperaram sua forma normal, mesmo as células que haviam sido ingeridas. Isso permitiu que os macrófagos os digerissem mais facilmente e limpassem os filtros entupidos.

Os pesquisadores agora estão usando o baço em um chip para estudar como as drogas usadas para tratar a doença falciforme, como o voxelotor e a hidroxiureia, afetam o comportamento celular que eles observaram neste estudo. Eles também esperam que o dispositivo possa um dia ser usado para ajudar os médicos a analisar as células sanguíneas de pacientes individuais e monitorar o progresso de suas doenças.

“Esta abordagem deve ajudar a projetar ensaios para dar diagnóstico e prognóstico específicos do paciente”, diz Buffet, que também é clínico praticante. “Isso pode dar aos médicos uma ideia de como o paciente está e em que situação eles precisam fazer uma esplenectomia ou tomar outras medidas”.

A equipe também incluiu os pós-doutorandos do MIT Ting Dong e Fuyin Zheng, Abdoulaye Sissoko da Universidade de Paris, Zixiang Liu da Brown University, Fang Kong da Nanyang Technological University e John Higgins do Massachusetts General Hospital. A pesquisa foi financiada pelos Institutos Nacionais de Saúde e Nanyang Technological University.