Há cerca de uma década, cientistas do Laboratório de Bioensaios e Dinâmica Celular (LaBio) da Unesp têm estudado a fundo o papel das veias e artérias na constituição do tecido ósseo. Ao longo desse período, projetos de pesquisa desenvolvidos pelo grupo têm alcançado resultados inéditos, capazes de ampliar o entendimento do processo de formação e maturação dos ossos e vislumbrar novas estratégias de tratamento clínico para a regeneração dos ossos. No ano passado, a qualidade da pesquisa realizada pelo grupo foi reconhecida com a criação de um Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia, com o objetivo de ampliar o entendimento da função endócrina do tecido ósseo e avançar no desenvolvimento de novas terapias baseadas em biomateriais para doenças como a osteoporose e a fragilidade esquelética.
O reconhecimento não é sem fundamento. Nos últimos anos, artigos publicados pelo grupo liderado pelo biólogo Willian Fernando Zambuzzi estão ajudando a redefinir o papel dos vasos sanguíneos na biologia dos tecidos ósseos. “O nosso laboratório foi criado com o objetivo de investigar o tecido ósseo não apenas como um tecido de proteção, mas como um tecido que poderia ter uma ligação, por meio de moléculas, a outros tecidos do organismo e assumir outras funções, por exemplo. E, durante os nossos estudos, a relação com o tecido vascular se apresentou de forma mais robusta”, afirma o professor
Uma das descobertas mais recentes do grupo foi demonstrar que as células musculares lisas vasculares, que compõem a parede dos vasos sanguíneos, orientam o amadurecimento de um conjunto de células chamadas osteoblastos para se tornarem osteócitos. Esse processo de diferenciação é fundamental para a constituição do tecido ósseo: enquanto o osteoblasto atua no processo de construção do osso, o osteócito é uma versão madura da antiga célula, responsável por manter a integridade da sua estrutura ao longo da vida [ver infográfico]. Os resultados foram publicados na revista Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Molecular Cell Research. “Nós mostramos, de uma maneira bastante inédita, que as células vasculares de musculatura lisa têm uma função importante para promover a diferenciação de osteoblastos em osteócitos. E esse é um aspecto que ainda não tinha sido discutido na literatura científica”, afirma Zambuzzi.
De acordo com o pesquisador, há outros grupos de pesquisa internacionais dedicados a estudar especificamente os osteócitos, com descobertas importantes realizadas na última década. No entanto, nenhuma que relacione essas células ao tecido vascular. “Não há discussões sobre a forma como os osteócitos são gerados na biologia dos vertebrados a partir dos vasos sanguíneos. E nós conseguimos mostrar que eles exercem essa função bastante própria”, pontua.
Ao traçar a interação entre as células dos vasos sanguíneos e as do tecido ósseo, a pesquisa reforça a interpretação de que essa estrutura não está restrita à função de oferecer sustentação ao corpo, mas também é capaz de produzir moléculas e substâncias que influenciam outros tecidos e órgãos. “Se os vasos sanguíneos participam ativamente da produção do tecido ósseo, pode-se inferir que disfunções vasculares podem repercutir diretamente na qualidade do esqueleto e na etiologia e progressão de doenças crônicas não transmissíveis”, argumenta o coordenador do LaBio.
Novas perspectivas para processo de formação óssea
Os resultados obtidos nos estudos podem ajudar a explicar, por exemplo, por que a perda de massa óssea e o aumento do risco de fraturas, especialmente em idosos, estão acompanhados de doenças crônicas como hipertensão arterial e diabetes, que promovem alterações no sistema vascular.
Atualmente, Zambuzzi e sua equipe investigam se a osteoporose, doença que causa a perda progressiva de massa óssea, tem relação com o processo de formação dos osteócitos. “Os osteócitos produzem uma proteína chamada RANKL necessária para a formação de osteoclastos, as células que degradam o osso. Então, se não há um balanço na produção de osteócitos, pode haver um aumento da concentração dessa proteína no tecido ósseo e, consequentemente, aumento das células que o degradam. Como os vasos sanguíneos atuam diretamente na formação dos osteócitos, vem daí a nossa hipótese de que a osteoporose pode ter relação com alterações vasculares”, explica o pesquisador.
Embora seja uma pesquisa básica, o docente do câmpus de Botucatu avalia que essas descobertas podem subsidiar o desenvolvimento de inovações terapêuticas no futuro. “A partir da confirmação dessa hipótese, por exemplo, pode ser desenvolvido um mecanismo biotecnológico capaz de interferir na relação entre osteócitos e osteoclastos. Assim, o processo que daria origem à osteoporose seria interrompido, garantindo uma melhor qualidade de vida para as pessoas. Em especial se considerarmos que a população mundial está envelhecendo”, afirma Zambuzzi.
Desafios no desenvolvimento de modelos biológicos
Entre os principais desafios da pesquisa, Zambuzzi destaca que o principal foi desenvolver um modelo biológico in vitro que pudesse demonstrar o processo de diferenciação celular. Pelo fato de os osteócitos estão incrustados na matriz mineralizada dos ossos, isso faz com que sejam células difíceis de serem colhidas para estudo. A dificuldade faz com que não existam muitos modelos de referência.
Para o estudo, as células de musculatura lisa vasculares foram adquiridas com empresas especializadas em insumos de pesquisa. Já as células ósseas foram obtidas por meio de uma parceria com o setor de cirurgia do Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina de Botucatu (FMB), extraídas de fragmentos ósseos de pacientes em seguimento na unidade. Em ambos os casos, foram seguidos protocolos definidos pela comissão de ética em pesquisa.
Na bancada do laboratório, Zambuzzi analisou a interação entre os dois tipos de células, com observações promissoras. “Eu mantive as células de musculatura lisa em um meio de cultura por um período de 24 a 72 horas. Coletei o meio de cultura condicionado por essas células e tratei as células osteoblásticas. Como resposta, a célula osteoblástica mudou de forma e assumiu as características de um osteócito, a célula madura do osso. Ver essa mudança na bancada foi algo muito impactante”, detalha o pesquisador.
Apesar da observação indicar que as amostras resultantes eram osteócitos, era preciso a confirmação a partir de ferramentas analíticas adequadas. Para isso, o docente analisou marcadores presentes exclusivamente nessas células ósseas por meio de um ensaio PCR bastante usado na biologia molecular. “Nós avaliamos um conjunto de genes específicos e confirmamos que as células tratadas tinham características morfológicas e fenotípicas de osteócitos”, explica.
Centro deve ampliar áreas de pesquisa
Além da relação já conhecida com o tecido vascular, os pesquisadores também sabem que o tecido ósseo é capaz de exercer uma função endócrina, uma vez que libera moléculas na corrente sanguínea que atuam em processos metabólicos específicos do organismo. Com o objetivo de ampliar essa linha de pesquisa do grupo, no final do ano passado, o IBB foi contemplado em um edital lançado pelo Ministério da Ciência Tecnologia e Inovação (MCTI) para sediar o Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Biologia Óssea e Controle de Doenças Crônicas (INCT-BIOCRON), sob a coordenação do professor William Zambuzzi.
Com investimento estimado em R$13 milhões para um período de cinco anos, o centro interdisciplinar será dedicado à investigação de doenças crônicas não transmissíveis como obesidade, diabetes tipo 2, osteoporose, câncer, Alzheimer e alterações de fertilidade. O objetivo é compreender o papel endócrino do tecido ósseo a partir de uma proteína liberada por ele, a osteocalcina. “Sabemos que a osteocalcina tem a função de regular a sensibilidade do organismo à insulina e, em consequência, os níveis de glicose. Nosso objetivo, agora, é entender a relação dessa substância com essas doenças crônicas não transmissíveis”, explica Zambuzzi.
Com 15 instituições brasileiras e 9 internacionais participantes, o INCT-BIOCRON vai integrar áreas da biologia óssea, biotecnologia, bioengenharia e medicina translacional. Assim, será responsável também pelo desenvolvimento de biomateriais avançados, compostos bioativos e terapias biomiméticas.
Zambuzzi tem experiência prévia com o desenvolvimento de biomateriais. Em 2023, o docente publicou no Journal of Biomedical Materials Research os resultados de um estudo in vitro que mostrou como o fosfato de cálcio carregado com cobalto é capaz de estimular a diferenciação das células produtoras do osso, podendo ser utilizado em processos de regeneração óssea como enxertos e recobrimento de implantes. A ideia é que no âmbito do INCT, essa descoberta inspire estudos para o desenvolvimento de produtos similares.
“Trabalhar com esses temas é trazer como produto das nossas investigações algo que a sociedade espera. Também estamos formando recursos humanos com essa perspectiva: olhar para as demandas dos diferentes setores da sociedade. Afinal, são os nossos estudantes que estarão no mercado em poucos anos. Assim, estamos trazendo para o interior do estado, longe dos grandes centros, pesquisas de ponta que colocam a nossa universidade em evidência e cumprindo com excelência seu papel”, finaliza Zambuzzi.
Imagem acima: imagem do corpo humano destacando veias artérias e os ossos (Crédito: Depositphoto)