Este documento discute estratégias para neuro-restauração em modelos experimentais de doença de Parkinson, incluindo transplante de células-tronco neurais e neuroprogenitores fetais. Embora estudos pré-clínicos mostrem benefícios, questões fundamentais sobre segurança e efeitos a longo prazo precisam ser resolvidas antes da terapia celular ser estabelecida como tratamento. Além disso, a manipulação do microambiente celular e a mobilização de neuroprogenitores endógenos são propostas como alternativ

1. Estratégias para neuro-restauração em modelos experimentais de doença de Parkinson 387
REVENDO CIÊNCIAS BÁSICAS
Estratégias para neuro-restauração em modelos experimentais
de doença de Parkinson
Strategies for neuronal recovery in experimental models of Parkinson’s disease
Márcia Cristina Leite Pereira1, Daniela Emi Suzuki2, Luciana Janjoppi3, Oswaldo Keith Okamoto4
RESUMO neurons, preservation of neuronal circuitry, and alleviation of some
Modelos experimentais animais têm sido fundamentais para o avanço clinical symptoms, especially the motor ones, fundamental issues still
do conhecimento a respeito da fisiopatologia da doença de Parkinson, persist and must be addressed before cell therapy be established as an
bem como ao desenvolvimento de novas abordagens terapêuticas alternative treatment to Parkinson´s Disease. In addition to the direct
baseadas em processos intrínsecos à sua patogênese. Entre as novas replacement of dopaminergic neurons, alternative mechanisms of
estratégias terapêuticas atualmente em experimentação, destacam-se neural restoration are being tested, such as manipulation of the cellular
as baseadas em processos neurorrestauradores pelo transplante com niche and recruitment of endogenous neural progenitors. Safety is one
células-tronco neurais e/ou neuroprogenitores fetais. Embora estudos key issue to demonstrate the feasibility of cell therapy protocols. To
pré-clínicos demonstrem efeitos positivos com relação à reposição this end, chronic studies using animal models of Parkinson’s disease
de neurônios dopaminérgicos, preservação de circuitária neuronal e are also critical and must be performed in order to access occasional
amenização de sintomas clínicos, principalmente os motores, questões motor, cognitive, and behavioral disturbs, as well as the possibility of
fundamentais ainda persistem e devem ser pesquisadas antes que a tumor development.
terapia celular se consolide como alternativa ao tratamento da doença
de Parkinson. Além da reposição de neurônios dopaminérgicos, Keywords: Parkinson disease; Stem cells; Experimental models; Cell
a manipulação do microambiente celular e a mobilização de therapy; Neuronal recovery.
neuroprogenitores endógenos surgem como alternativas a serem
exploradas. Em relação à segurança desses procedimentos, estudos
de longo prazo em modelos animais são importantes e devem ser INTRODUÇÃO
realizados para acessar eventuais distúrbios motores, cognitivos e Originalmente descrita em 1817 pelo médico inglês
comportamentais, bem como a possibilidade de desenvolvimento de James Parkinson, a doença de Parkinson (DP) é uma
tumores. condição neurodegenerativa progressiva que afeta
aproximadamente um milhão de pessoas só nos EUA(1).
Descritores: Doença de Parkinson; Células-tronco; Modelos
Embora a incidência seja maior em indivíduos com idade
experimentais; Terapia celular; Neurorrestauração
entre 50 e 70 anos, com pico aos 60 anos, a DP também
pode se manifestar antes dos 40 anos (Parkinson de início
ABSTRACT precoce) ou 20 anos de idade (Parkinson juvenil)(2). As
manifestações clínicas características da DP incluem
Experimental animal models have been considered essential to better
bradicinesia, acinesia, alterações na fala e na escrita,
understand the physiopathology of Parkinson’s Disease, as well as
to test new therapeutic approaches targeting essential processes tremores, rigidez muscular, anormalidades de locomoção
related to its development. Neuronal recovery based on neural stem e instabilidade postural(1).
cell and/or fetal neural progenitor cell transplantation is one promising A DP é marcada pela degeneração dos neurônios
strategy currently in development. Although pre-clinical studies dopaminérgicos da substância negra, deficiência de tirosina
suggest positive effects based on replacement of dopaminergic hidroxilase e presença de inclusões intracitoplasmáticas
1
Pós-graduanda, Universidade Federal de São Paulo – UNIFESP, São Paulo (SP), Brasil.
2
Pós-graduanda da Disciplina de Neurologia Experimental, Departamento de Neurologia e Neurocirurgia da Universidade Federal de São Paulo – UNIFESP, São Paulo (SP), Brasil.
3
Pós-graduanda da Disciplina de Neurologia Experimental, Departamento de Neurologia e Neurocirurgia da Universidade Federal de São Paulo – UNIFESP, São Paulo (SP), Brasil.
4
Professor Adjunto da Disciplina de Neurologia Experimental, Departamento de Neurologia e Neurocirurgia da Universidade Federal de São Paulo – UNIFESP, São Paulo (SP), Brasil.
Autor correspondente: Oswaldo Keith Okamoto – Rua Botucatu, 862 – Edifício Leal Prado – CEP 04023-900 – São Paulo (SP), Brasil – Tel.: 11 5576-4508 – e-mail: keith.nexp@epm.br
Data de submissão: 4/12/2007 – Data de aceite: 12/12/2007
Os autores declaram não existir conflitos de interesse.
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ricas em α-sinucleína, denominadas corpos de Lewy(3). a inervação dopaminérgica do estriado(11). Estudos
Nessa doença, as áreas dopaminérgicas do sistema demonstraram que, em longo prazo, xenotransplantes de
nervoso central não são equivalentemente afetadas. neurônios dopaminérgicos são viáveis em pacientes com
Inicialmente, a perda neuronal tende a ser maior na DP, provocando melhora na função motora(12).
camada ventrolateral da substância negra (estimada em
60% a 70%), progredindo para as camadas medial ventral
e dorsal. Uma perda extensiva de neurônios também MODELOS EXPERIMENTAIS
é observada no tronco encefálico, no hipotálamo, no Modelos experimentais utilizando animais têm
córtex e no núcleo basal de Meynert(4). Esse padrão de sido de fundamental importância para o avanço do
perda neuronal também está correlacionado com menor conhecimento à cerca da fisiopatologia da DP, bem como
expressão de transportadores de dopamina(5). Diversos ao desenvolvimento de novas abordagens terapêuticas
fatores têm sido implicados na degeneração neuronal da baseadas em processos intrínsecos à sua patogênese.
DP, incluindo disfunção mitocondrial, estresse oxidativo, Segundo Beal (2001)(13), um modelo animal ideal para
deficiência de fatores neurotróficos e ação do sistema estudo da DP deve apresentar as seguintes características:
imune(6). neurônios dopaminérgicos completamente normais
nas fases iniciais do desenvolvimento pós-natal, com
perda gradual e seletiva desses neurônios na fase
TERAPIAS DISPONÍVEIS adulta, superior a 50% conforme detecção por técnicas
A levodopa foi introduzida em 1967 para o tratamento bioquímicas e neuropatológicas. Tal neurodegeneração
da DP, sendo até o hoje o tratamento mais efetivo para deve necessariamente estar associada a defeitos motores
o controle dos distúrbios motores da doença. Cerca de comumente observados na DP. Nenhum dos modelos
90% dos pacientes com DP apresentam boa resposta experimentais atuais, entretanto, atende plenamente a
inicial para a levodopa. Estudos demonstraram que a todos esses critérios.
sobrevivência dos pacientes é significativamente reduzida Muitos modelos experimentais de DP baseiam-se
se a droga não for administrada até a incapacidade na ação de neurotoxinas como a 6-hidroxi-dopamina,
ou o enfraquecimento dos reflexos posturais(7). No o primeiro agente usado para esse fim. A 6-hidroxi-
entanto, os relatos sobre o uso da levodopa são um dopamina é uma toxina eficaz em ratos, camundongos,
tanto controversos. Há indícios de que essa substância gatos e primatas, predominantemente usada para
apresente importante benefício terapêutico apenas nos produção de lesões unilaterais. A droga é injetada
primeiros anos de tratamento (5 a 7 anos), perdendo na substância negra e se acumula nos neurônios
eficiência no tratamento de longo prazo, quando muitos dopaminérgicos. A sua ação neurotóxica é atribuída
pacientes deixam de responder à droga(8). Outros estudos à geração de radicais livres. Em ratos, os efeitos da
demonstram que essa perda de eficiência é restrita ao depleção extensa de dopamina podem ser acessados
controle de certos sintomas motores(7). por exames comportamentais, como o teste rotatório
O uso prolongado da levodopa pode desencadear, em resposta à anfetamina(14). Embora os efeitos da 6-
entretanto, complicações motoras como discinesias. Em hidroxi-dopamina causem sintomas semelhantes aos da
certos casos, a levodopa pode apresentar toxicidade, DP, as lesões proporcionadas não resultam na formação
possivelmente pela exacerbação do processo de perda e de corpos de Lewy na substância negra(15).
reposição de dopamina e pela formação de radicais livres Substâncias quimicamente análogas a pesticidas
como o peroxinitrito(8). Contudo, os dados experimentais também são empregadas em estudos de DP, a exemplo
e clínicos disponíveis não são conclusivos em relação à da rotenona, um composto extraído da raiz de uma
levodopa acelerar o processo neurodegenerativo. espécie de planta. Nesse modelo, animais (usualmente
Outras drogas, como os agentes anticolinérgicos, ratos) submetidos a uma infusão intravenosa de rotenona
também são empregadas para tratamento da DP, apesar desenvolvem progressiva degeneração de neurônios
de o benefício oferecido ser considerado moderado. nigroestriatais, acompanhada de deficiências na enzima
Estudos de longo prazo com administração de agonistas tirosina hidroxilase e no transporte de dopamina, além da
de dopamina em pacientes com DP sem tratamento presença de estruturas semelhantes aos corpos de Lewy
prévio com levodopa obtiveram boas respostas clínicas. na substância negra. Entre os efeitos comportamentais,
Certos pacientes não apresentaram variações motoras destacam-se a bradicinesia, a instabilidade postural e os
por períodos de até cinco anos(9). tremores(13).
Estratégias alternativas de tratamento da DP em Outro importante modelo experimental de DP
experimentação incluem a estimulação elétrica cerebral, emprega a neurotoxina 1-metil-4-fenil-1,2,3,6-
que pode atenuar em até 80% os tremores(10) e transplantes tetraidropiradina (MPTP), cuja estrutura química se
de células mesencefálicas fetais humanas para restaurar assemelha à do herbicida paraquat. A descoberta dessa
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toxina ocorreu em 1982, quando um grupo de usuários
de drogas sintéticas na Califórnia desenvolveu sintomas
irreversíveis da DP. O MPTP pode ser originado por erros
no processo de síntese química de heroína e os seus efeitos
são observados horas ou dias após sua administração. Tais
efeitos do MPTP foram subseqüentemente avaliados e
explorados em animais de laboratório, principalmente
ratos e primatas, para o entendimento da fisiopatologia
da DP(16-17). A administração do MPTP em macacos
desenvolve sinais clínicos de DP, incluindo tremores,
rigidez muscular e instabilidade postural(17-18). Em geral,
os primatas apresentaram inclusões neuronais que se
assemelham aos corpos de Lewy e respondem bem ao
tratamento com levodopa ou com receptores agonistas
dopaminérgicos(19).
Existem, ainda, modelos experimentais de DP baseados
na expressão de α-sinucleína. No modelo experimental
desenvolvido por Feany e Bender em 2000(20), drosófilas
mutantes para a expressão de α-sinucleína apresentam
uma perda de neurônios dorsomediais com expressão de
tirosina hidroxilase. As moscas mutantes desenvolvem
disfunção locomotora com progressão da idade, mas
ainda não foi determinado se esses déficits podem ser
revertidos com o uso de fármacos.
CÉLULAS-TRONCO E DOENÇA DE PARKINSON
A terapia celular busca restaurar o funcionamento
de tecidos ou órgãos por meio da proteção celular ou
reposição de células danificadas por células sadias. O Figura 1. Hipóteses sobre os efeitos neurorrestauradores decorrentes do transplante
de células-tronco em modelos experimentais de doença de Parkinson
desenvolvimento de terapias baseadas em transplantes
celulares na DP, entretanto, implica necessariamente
a superação de algumas barreiras quanto à obtenção sido dificultada em certos países pelas implicações
de neurônios dopaminérgicos transplantáveis. Com o éticas associadas à destruição de embriões. Quanto
avanço nas pesquisas com células-tronco (CT), fontes à sua aplicação terapêutica, além do impasse ético,
alternativas de células humanas saudáveis passam a ser dificuldades técnicas como compatibilidade genética
vislumbradas. entre doador e receptor e inibição de desenvolvimento
As CT e as células progenitoras tecido-específicas tumoral são grandes desafios a serem superados.
constituem importante fonte para reposição celular, Entre as atuais propostas para o contorno de algumas
podendo ser transplantadas diretamente no sítio de lesão dessas barreiras, destacam-se a obtenção de CTE por
ou recrutadas a ele mediante estimulação da síntese de clonagem terapêutica(23) e a reprogramação genética
moléculas quimiotáticas. Além de tecidos embrionários, de células somáticas, cuja viabilidade foi recentemente
CT podem ser encontradas em pequenas quantidades demonstrada(24-25).
nos tecidos fetais ou do indivíduo adulto(21). Tais células As CTA e as células neuroprogenitoras são
são conhecidas por células-tronco somáticas ou “adultas” candidatas naturais para uso terapêutico em doenças
(CTA) e, assim como as CT embrionárias (CTE), neurodegenerativas como o mal de Parkinson. A
possuem duas características essenciais: capacidade de viabilidade do princípio foi demonstrada em estudos
auto-renovação por longos períodos e de geração de clínicos com portadores de DP submetidos a transplante
células com funções específicas. intra-estriatal de tecido mesencefálico fetal. Novos
De fato, um estudo em modelo experimental de neurônios viáveis e funcionais, secretores de dopamina,
DP em ratos verificou que o transplante com CTE foram detectados após o transplante, integrados ao
resulta em aumento de neurônios dopaminérgicos circuito neuronal preexistente. Entretanto, o benefício
funcionais, com reversão de sintomas clínicos (22) clínico do procedimento é ainda considerado bastante
(Figura 1). Entretanto, a pesquisa com CTE tem modesto, com ocorrência de discinesias em certos casos,
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demonstrando a necessidade de ajustes e otimizações de REFERÊNCIAS
protocolo clínico(26). 1. Lang AE, Lozano AM. Parkinson’s disease. First of two parts. N Engl J Med.
Em um estudo recente, Redmond et al.(27) demonstraram 1998;339(15):1044-53.
que CT neurais (CTN) humanas xenotransplantadas em 2. Meneses MS, Teive HAG. Doença de Parkinson: aspectos clínicos e cirúrgicos.
primatas submetidos ao modelo de Parkinson induzido Rio de Janeiro: Guanabara Koogan; 1996.
por MPTP podem sobreviver, migrar e recuperar déficits 3. Lotharius J, Brundin P. Pathogenesis of Parkinson’s disease: dopamine, vesicles
and alpha-synuclein. Nat Rev Neurosci. 2002;3(12):932-42.
comportamentais inerentes à redução dos níveis de
dopamina no sistema nigroestriatal. Além da geração de 4. Fearnely JM, Lees AJ. Ageing and Parkinson’s disease: substancia nigra regional
selectivity. Brain.1991;114(Pt 5):2283-301.
novos neurônios com expressão de tirosina hidroxilase ou
5. Uhl GR, Walther D, Mash D, Faucheux B, Javoy-Agid F. Dopamine transporter
transportador de dopamina, derivados da diferenciação messenger RNA in Parkinson’s disease and control substantia nigra neurons.
de CTN, esses autores verificaram também que o Ann Neurol. 1994;35(4):494-8.
transplante de CTN melhorou o microambiente celular, 6. Sherer TB, Betarbet R, Greenamyre JT. Pathogenesis of Parkinson’s disease.
proporcionando ajustes homeostáticos neuroprotetores Curr Opin Investig Drugs. 2001;2(5):657-62.
com efeito na preservação da circuitaria nigroestriatal. 7. Rajput AH, Uitti RJ, Offord KP. Timely levodopa (LD) administration prolongs
Uma possível explicação para esse efeito indireto do survival in Parkinson’s disease. Parkinsonism Relat Disord. 1997;3(3):159-65.
transplante com CTN pode estar relacionada à produção 8. Fahn S. Is levodopa toxic? Neurology. 1996;47(Suppl 3):S184-95.
extra de fatores neurotróficos, como neurotrofina-3 9. Hely MA, Morris JG, Reid WG, O´Sullivan DJ, Williamson, Rail D, et al. The
e fator de crescimento neural, pelas próprias CTN Sydney Multicentre Study of Parkinson’s disease: a randomised, prospective
five year study comparing low dose bromocriptine with low dose levodopa-
transplantadas(28). Evidências de efeitos neuroprotetores
carbidopa. J Neurosurg Psychiatry. 1994;57(8):903-10.
indiretos decorrentes do transplantes de CTN também
10. Koller W, Pahwa R, Busenbark K, Hubble J, Wolkinson S, Lang A, et al. High-
foram reportadas em outros estudos, incluindo ação frequency unilateral thalamic stimulation in the treatment of essential and
antiinflamatória, angiogênica e neurotrófica, favorecendo parkinsonian tremor. Ann Neurol. 1997;42(3):292-9.
um microambiente reparativo no sistema nervoso(29-30). 11. Freed CR, Greene PE, Breeze RE, Tsay WY, DuMouchel W, Kao R, et al.
Transplantation of embryonic dopamine neurons for severe Parkinson’s disease.
N Engl J Med. 2001;344(10):710-9.
CONCLUSÃO 12. Deacon T, Schumacher J, Dinsmore J, Thomas C, Palmer P, Kott S, et al.
Histological evidence of fetal pig neural cell survival after transplantation into
Modelos experimentais animais têm auxiliado o a patient with Parkinson’s disease. Nat Med. 1997;3(3):350-3.
estudo e a compreensão das características clínicas,
13. Beal MF. Experimental models of Parkinson’s disease. Nat Rev Neurosci.
neuropatológicas e bioquímicas da doença de Parkinson. 2001;2(5):325-34.
Muitos desses modelos experimentais, como o induzido 14. Ungerstedt U. Striatal dopamine release after amphetamine or nerve
por MPTP, têm viabilizado o teste de novas abordagens degeneration revealed by rotational behaviour. Acta Physiol Scand.
terapêuticas, incluindo o transplante com células- 1971;367(Suppl):49-68.
tronco e neuroprogenitores fetais. Embora estudos 15. Sauer H, Oertel WH. Progressive degeneration of nigrostriatal dopamine neurons
pré-clínicos demonstrem efeitos positivos com relação à following intrastriatal terminal lesions with 6-hydroxydopamine: a combined
retrograde tracing and immunocytochemical study in the rat. Neuroscience.
restauração de neurônios dopaminérgicos e amenização 1994;59(2):401-15.
de sintomas clínicos, principalmente os motores,
16. Bankiewicz KS, Olfield EH, Chiueh CC, Doppman JL, Jacobowitz DM, Kopin IJ.
questões fundamentais ainda persistem e devem ser Hemiparkinsonism in monkeys after unilateral internal carotid artery infusion of 1-
pesquisadas antes que a terapia celular se consolide methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP). Life Sci. 1986;39(1):7-16.
como alternativa ao tratamento da doença de Parkinson. 17. Bloem BR, Irwin I, Buruma OJ, Haan J, Roos RAC, Tetrud JW, et al. The MPTP
Além da reposição de neurônios dopaminérgicos, novas model: versatile contributions to the treatment of idiopathic Parkinson’s disease.
estratégias, incluindo a manipulação do microambiente J Neurol Sci. 1990;97(2-3):273-93.
celular e a mobilização de neuroprogenitores endógenos, 18. Burns RS, Chiueh CC, Markey SP, Ebert MH, Jacobowitz DM, Kopin IJ. A
primate model of parkinsonism: selective destruction of dopaminergic neurons
surgem como alternativas a serem exploradas.
in the pars compacta of the substantia nigra by N-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-
Nesse contexto, o contínuo desenvolvimento e a tetrahydropyridine. Proc Natl Acad Sci. 1983;80(14):4546-50.
caracterização de modelos experimentais de doenças 19. Forno LS, Langston JW, DeLanney LE, Irwin I, Ricaurte GA. Locus ceruleus
neurodegenerativas prevalentes é de fundamental lesions and eosinophilic inclusions in MPTP-treated monkeys. Ann Neurol.
importância e aplicabilidade. 1986;20(4):449-55.
20. Feany MB, Bender WW. A Drosophila model of Parkinson’s disease. Nature.
2000;404(6776):394-8.
AGRADECIMENTOS 21. Weissman IL. Stem cells: units of development, units of regeneration, units of
evolution. Cell. 2000;100(1):157-68.
Agradecemos o apoio financeiro concedido pela
22. Bjorklund LM, Sanchez-Pernaute R, Chung S, Andersson T, Chen YI, McNaught
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível
KS, et al. Embryonic stem cells develop into functional dopaminergic
Superior (Capes), às alunas Márcia Cristina Leite neurons after transplantation in a Parkinson rat model. Proc Natl Acad Sci.
Pereira, Daniela Emi Suzuki e Luciana Janjoppi. 2002;99(4):234-9.
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5. Estratégias para neuro-restauração em modelos experimentais de doença de Parkinson 391
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