Engenharia de tecidos: válvulas cardíacas

Abstract

As doenças cardiovasculares são uma fonte de preocupação dado que são responsáveis por cerca de 30% da mortalidade a nível global. Uma das causas para esta tão elevada percentagem é a disfunção das válvulas cardíacas (aórtica, pulmonar, mitral e tricúspide). O funcionamento fisiológico normal das válvulas cardíacas é responsável pela unidirecionalidade do fluxo de sangue através das suas cavidades (aurículas e ventrículos) e dos principais vasos para uma abertura e fechamento regulares ao longo de cada ciclo cardíaco. A solução mais comum para este tipo de doenças cardíacas baseia-se na reparação ou substituição das válvulas danificadas. A substituição é fundamentalmente feita através do uso de válvulas de origem mecânica (constituídas por metal) e origem biológica (dadores animais), ou ainda provenientes de dadores humanos (aloenxertos). Estas nem sempre apresentam vantagens, pois levam os doentes a necessitar de tratamento anticoagulante para o resto da vida (as mecânicas) e elevada possibilidade de reoperação (as biológicas). Devido às imperfeições do uso de próteses e limitações na obtenção das mesmas, a utilização da engenharia de tecidos e em particular de células estaminais tem vindo a ganhar terreno como estratégia para desenvolvimento de válvulas cardíacas. A engenharia de tecidos pretende mimetizar a válvula nativa, permitindo em teoria a construção de novas válvulas com capacidade para ultrapassar as limitações existentes atualmente, através da possível criação de uma válvula autóloga que previna a resposta imunológica e promova o crescimento, remodelação e reparação in vivo. Para esse efeito recorre-se à utilização de scaffolds, pois fornecem o suporte necessário para que as células se fixem, proliferem e mantenham a sua função diferencial. Uma variada gama de polímeros naturais (ex: colagénio, alginato, fibrina) e sintéticos (ex: PEG, PLA, PGA) está hoje à disponibilidade desta engenharia, para poder obter scaffolds adequadas aos doentes. As células têm assim a capacidade de expandir graças à estrutura tridimensional e porosa do suporte sintético ou natural. A scaffold precisa de mimetizar o mais possível a matriz extracelular, de forma a não ocorrer resposta imunológica. Em scaffolds vão-se colocar células, destacando-se a promessa das células estaminais (embrionárias e adultas), assim como mais recentemente de células estaminais pluripotentes induzidas, obtidas por reprogramação de células somáticas diferenciadas. Este tipo de células é vantajoso, porque evitam o sacrifício das estruturas vasculares dos doentes sujeitos a cirurgia. Estas células após diferenciação devem permitir a obtenção de células com características cardiológicas. Com o uso destas células na engenharia de tecidos, principalmente nas válvulas cardíacas, espera-se poder combater as desvantagens inerentes às próteses valvulares, evitando de alguma forma respostas imunológicas, tratamentos para o resto da vida e necessidade de reoperação.

Cardiovascular diseases are a source of concern because they are responsible for about 30% of all deaths worldwide. One of the reasons for this high percentage is dysfunction of the cardiac valves (aortic, pulmonary, mitral and tricuspid). The normal physiological function of the cardiac valves is to ensure unidirectional blood flow through the cardiac cavities (atria and ventricles) and the main vessels achieved through specifically timed opening and closing during each cardiac cycle. The most common solution for valvular diseases is based on the repair or replacement of damaged valves. Valve replacement is achieved through the use of mechanical valves (made from metallic material) and biological valves (derived from animal donors) or from human donors (allografts). However, current mechanical valves all require lifelong treatment with anticoagulants and biological valves present high possibility of reoperation. Due to imperfections and limitations of prosthetic valves, the tissue engineering and the use of stem cells have been gaining importance to the development of cardiac valves. Tissue engineering aims to mimic the native valve with the target of building new valves with the capacity to overcome the current limitations, through the possible creation of an autologous valve that prevents the immune response and promotes growth, remodeling and repair in vivo. For this purpose scaffolds are an option for this problem as they provide the needed support structures so that the cells can attach, proliferate and maintain their differential function. There is nowadays a wide range of natural polymers (eg. collagen, alginate, fibrin) and synthetic polymers (eg. PEG, PLA, PGA) in order to obtain scaffolds suitable for patients. Thus, the cells have the capacity to expand due to their threedimensional structure and porous natural or synthetic support. Scaffolds have to mimic the extracellular matrix as much as possible so that immune response does not occur. Cells will be placed in scaffolds, highlighting the promise of stem cells (embryonic and adult), as well as more recently induced pluripotent stem cells obtained by reprogramming of differentiated somatic cells. Stem cells have advantages because they avoid the sacrifice of the vascular structures of patients undergoing surgery and they are capable of differentiating into several cells with cardiac features. Using these kind of cells, mainly in cardiac valves, tissue engineering may be able to combat the disadvantages of prosthetic valves, avoiding immune responses, treatments for the rest of life and need for reoperation.