Singapura inaugura centro de células estaminais para estudar as doenças cardíacas asiáticas e personalizar tratamentos

Uma amostra de sangue de 5 ml oferece uma nova perspetiva sobre as doenças cardíacas

Singapura inaugurou o seu primeiro centro dedicado à investigação com células estaminais sobre as doenças cardíacas nas populações asiáticas, dando continuidade ao trabalho de uma biblioteca do National Heart Centre Singapore (NHCS) com mais de 40 modelos de doenças criados a partir de células de doentes. O objetivo é compreender por que razão as doenças cardíacas afetam os doentes asiáticos de forma diferente e encontrar tratamentos mais adequados à sua biologia.

O Centre for Integrative Human Cell Research and Translation (CIPHER) foi inaugurado a 16 de outubro pelo ministro de Estado sénior da Saúde, Tan Kiat How, durante a sexta gala Heart to Heart do NHCS, no The Ritz-Carlton Millenia Singapore. Os investigadores podem começar com apenas 5 ml de sangue, reprogramar as células dessa amostra para as transformar em células estaminais e, depois, desenvolver células do músculo cardíaco que batem, para estudo em laboratório.

Chrishan Ramachandra, subdiretor do CIPHER e também investigador principal no National Heart Research Institute Singapore (NHRIS) e no NHCS, afirmou que os doentes asiáticos desenvolvem doenças cardíacas mais cedo, apresentam diferentes padrões de doença e tendem a ter piores resultados do que os doentes ocidentais. No entanto, grande parte da investigação que sustenta os tratamentos baseou-se em animais e na biologia ocidental.

O centro reúne várias linhas de trabalho: modelos com características das doenças de cada doente, testes de medicamentos em células humanas e uma câmara cardíaca em miniatura concebida para reproduzir determinadas características de um coração em falência. Paralelamente à inauguração, uma doação independente de 2,5 milhões de dólares estabeleceu uma cátedra para apoiar a investigação em cirurgia cardíaca e torácica e a formação de futuros líderes cirúrgicos.

Porquê estudar a biologia dos doentes asiáticos?

As comunidades chinesa, malaia e indiana de Singapura permitem aos investigadores estudar as doenças cardiovasculares em diferentes populações asiáticas. O diretor do CIPHER, Derek Hausenloy, afirmou que essa diversidade permite ao centro estudar a forma como as doenças se manifestam em grupos étnicos específicos, em vez de tratar os doentes asiáticos como uma única categoria biológica.

Os investigadores querem identificar os processos que estão na origem dessas diferenças. Um modelo de doença pode ajudá-los a analisar o comportamento das células cardíacas, a forma como utilizam energia e a maneira como respondem a um medicamento. Essas observações podem apontar para um alvo terapêutico, ou seja, um processo biológico que um medicamento poderá alterar.

A necessidade é significativa. Os números citados na inauguração apontam para cerca de 23 mortes por dia causadas por doenças cardíacas e acidentes vasculares cerebrais em Singapura, sendo as doenças cardiovasculares responsáveis por uma em cada três mortes em 2025. A missão do CIPHER é transformar um conhecimento mais aprofundado da biologia dos doentes em opções úteis para os seus cuidados de saúde.

Como as células do sangue se transformam em células cardíacas que batem

Os investigadores recorrem a um processo chamado reprogramação para transformar células especializadas em células estaminais pluripotentes induzidas. Estas células estaminais podem depois ser orientadas para se desenvolverem noutros tipos de células, incluindo células do músculo cardíaco. Em termos simples, os cientistas redefinem a identidade de uma célula antes de a encaminharem para uma função diferente.

Uma amostra de sangue permite, assim, estudar a doença cardíaca de um doente sem retirar tecido do próprio coração. As células resultantes mantêm a herança genética do doente e podem reproduzir características da sua doença em laboratório.

Ramachandra descreveu o valor desta abordagem:

"Quando cultivamos uma célula do músculo cardíaco a partir do sangue do próprio doente e a vemos bater numa placa, apresentando a doença desse doente, estamos a observar algo que nenhum modelo animal consegue reproduzir", afirmou Chrishan.

A utilização de amostras de sangue também facilita a recolha para os doentes. Em dezembro de 2023, Ramachandra explicou que a equipa tinha deixado de recolher amostras de pele, porque o procedimento era invasivo e podia deixar uma pequena cicatriz. Em alternativa, o sangue podia ser recolhido durante as consultas de acompanhamento dos doentes.

Mais de 40 modelos constituem a biblioteca inicial

O NHCS desenvolveu mais de 40 modelos derivados de doentes, que constituem a base do programa de investigação do CIPHER. Abrangem doenças como insuficiência cardíaca, doenças arritmogénicas e cardiomiopatias.

A insuficiência cardíaca significa que o coração não consegue fornecer sangue com a eficácia de que o organismo necessita. A cardiomiopatia é uma doença do músculo cardíaco, que pode ficar dilatado, espessado ou rígido. Estas alterações podem dificultar a bombagem do sangue.

As doenças arritmogénicas hereditárias descritas pelos investigadores envolvem uma perda da coesão entre as células do músculo cardíaco, que são gradualmente substituídas por tecido cicatricial e gordura. Estas alterações podem interferir com os sinais elétricos que mantêm o ritmo cardíaco coordenado.

Uma biblioteca que abrange diferentes doenças oferece aos cientistas várias formas de investigar a doença. Podem estudar o que corre mal nas células, comparar as respostas a potenciais tratamentos e procurar características biológicas associadas a uma melhor resposta.

Testar medicamentos antes de serem administrados aos doentes

Hausenloy afirmou que as plataformas celulares do CIPHER podem ser utilizadas para testar medicamentos e estudar os seus efeitos na função cardíaca e no metabolismo, os processos químicos através dos quais as células obtêm e utilizam energia. O objetivo é identificar tratamentos com maior precisão, incluindo os doentes que poderão beneficiar deles.

Um medicamento pode ajudar um doente e ser pouco eficaz noutro. Testá-lo em células cultivadas a partir de uma amostra do doente poderá ajudar os investigadores a estudar essa variação antes de exporem a pessoa a um medicamento ineficaz ou a efeitos indesejáveis.

Neste contexto, tratamento personalizado significa adequar os cuidados de saúde à biologia de cada pessoa. A mesma investigação pode também ter um objetivo mais abrangente: identificar um mecanismo da doença comum a muitos doentes poderá conduzir a um tratamento útil para um grupo maior.

O anúncio da inauguração não indicou qualquer calendário para que os modelos do CIPHER orientem a prescrição de rotina ou produzam um novo tratamento aprovado. O trabalho imediato centra-se na compreensão das doenças e no teste de potenciais terapias.

O que acrescenta o coração humano num frasco

O CIPHER está também a colaborar com a empresa biofarmacêutica em fase clínica Medera Inc. no projeto Human Heart-in-a-Jar, uma câmara ventricular humana bioengenheirada com aproximadamente o tamanho da ponta de um dedo. Um ventrículo é uma das principais câmaras de bombagem do coração. O modelo em miniatura foi concebido para reproduzir determinadas características das doenças cardíacas.

Um trabalho anterior, descrito em dezembro de 2023, envolveu o NHCS e a empresa de biotecnologia de células estaminais Novoheart. O projeto centrou-se na criação de modelos em miniatura a partir de doentes asiáticos com insuficiência cardíaca, utilizando células cultivadas a partir do seu sangue.

O processo de construção acrescenta uma estrutura física em torno das células. Os investigadores colocam-nas num gel com colagénio e materiais de suporte e moldam depois a mistura em torno de um molde. À medida que as células formam tecido e o molde é retirado, fica uma câmara oca que consegue bater e bombear.

Esta câmara permite aos investigadores obter medições que vão além do batimento de células isoladas numa placa. Podem analisar a contração, o relaxamento e a pressão, características diretamente relacionadas com a função do coração de fazer circular o sangue pelo organismo. Na inauguração do CIPHER, o modelo em miniatura foi apresentado como o primeiro do género na Ásia.

Um foco nos corações com dificuldade em encher-se

O projeto descrito em dezembro de 2023 visava a insuficiência cardíaca com fração de ejeção preservada, uma doença que, segundo os dados citados, representa metade dos casos de insuficiência cardíaca. A fração de ejeção mede a proporção de sangue expelida por um ventrículo em cada batimento.

Nesta forma de insuficiência cardíaca, essa proporção pode manter-se dentro dos valores normais, apesar de o músculo cardíaco ser demasiado rígido para relaxar e encher-se adequadamente. Assim, o coração pode contrair-se razoavelmente bem e, ainda assim, fornecer menos sangue do que o necessário para satisfazer as necessidades do organismo.

Uma câmara em miniatura que contrai e relaxa permite estudar este problema. Os investigadores esperam que as medições de pressão e outras observações os ajudem a reproduzir melhor a doença e a identificar medicamentos promissores.

O NHCS recebeu uma verba de 5 milhões de dólares do Industry Alignment Fund – Industry Collaboration Project, concedida pela Agency for Science, Technology and Research, para a descoberta de medicamentos destinados a doentes asiáticos com insuficiência cardíaca. O relato de dezembro de 2023 indicou também que a insuficiência cardíaca representava 17 por cento dos internamentos por doença cardíaca nos hospitais públicos, sublinhando a dimensão da necessidade clínica.

As raízes da investigação remontam a 2009

O CIPHER dá continuidade a um trabalho iniciado muito antes da abertura do novo centro. No seu anúncio de investigação de 2011, publicado a 15 de setembro, o NHCS documentou a criação de células do músculo cardíaco que batem, a partir da pele de doentes, através de um método que não utilizava vírus para produzir células estaminais pluripotentes induzidas.

O projeto estava em curso desde 2009. A equipa era constituída por 15 membros, incluindo três médicos-investigadores e cinco investigadores, e contou com uma verba da National Research Foundation de quase 9 milhões de dólares ao longo de cinco anos. O NHCS identificou a modelação de doenças e o teste personalizado de medicamentos como potenciais aplicações.

• 2009: A equipa do NHCS iniciou o projeto de células estaminais posteriormente descrito no seu anúncio oficial.
• 15 de setembro de 2011: O NHCS anunciou a produção de células cardíacas que batem, geradas a partir da pele de doentes.
• 4 de dezembro de 2023: O projeto do coração em miniatura foi descrito, com foco nos doentes asiáticos e na insuficiência cardíaca com fração de ejeção preservada.
• 16 de outubro: O CIPHER foi inaugurado com uma base de investigação composta por mais de 40 modelos derivados de doentes.

O anúncio de 2011 estimava cerca de 5 000 internamentos anuais por insuficiência cardíaca em Singapura, dos quais aproximadamente 1 000 casos eram tratados pelo NHCS. Estes dados históricos ajudam a explicar por que razão os investigadores procuraram formas de estudar o músculo cardíaco danificado e as respostas individuais aos medicamentos.

Uma doação de 2,5 milhões de dólares apoia a investigação cirúrgica

O SingHealth Duke-NUS Academic Medicine Centre anunciou também a criação da cátedra Tong Ming Chuan de Cirurgia Cardiotorácica durante a inauguração. Financiada por uma doação de 2,5 milhões de dólares de Tong, será atribuída pela Duke-NUS Medical School no âmbito do Cardiovascular Sciences Academic Clinical Programme.

Tong, cirurgião cardiotorácico e vascular em clínica privada no Mount Elizabeth Medical Centre e consultor visitante no NHCS, ajudou a pioneirar procedimentos cardíacos durante o período em que trabalhou no Singapore General Hospital, entre 1981 e 1992. Participou no primeiro transplante cardíaco de Singapura, em 1990, e integrou a equipa que realizou o primeiro transplante pulmonar do país, em 2000.

A cátedra visa apoiar a investigação cirúrgica, a excelência clínica e a formação de futuros líderes cirúrgicos. Yeo Khung Keong, diretor executivo do NHCS, descreveu a cátedra e o CIPHER como compromissos complementares: um alicerça a investigação científica na biologia dos doentes, enquanto o outro forma cirurgiões capazes de integrar os avanços nos cuidados de saúde.

Tan Kiat How, ministro de Estado sénior da Saúde que inaugurou o CIPHER, enquadrou este trabalho no maior enfoque de Singapura na prevenção, na intervenção precoce e na promoção de uma vida saudável e autónoma. Explicou como deve ser avaliada a inovação:

A inovação pode apoiar esta mudança, mas o seu valor não se mede pelo grau de sofisticação de uma tecnologia. Mede-se pelo que muda para os doentes.

Principais pontos

• O CIPHER foi inaugurado a 16 de outubro para estudar as doenças cardiovasculares asiáticas através de modelos de células estaminais humanas.
• Os investigadores podem utilizar uma amostra de sangue de 5 ml para gerar células estaminais e, depois, células do músculo cardíaco que batem.
• Mais de 40 modelos do NHCS derivados de doentes constituem a base de investigação do centro.
• Uma câmara cardíaca em miniatura permite aos investigadores estudar a bombagem, o relaxamento e a pressão, enquanto testam potenciais tratamentos.
• O NHCS documentou trabalhos anteriores de produção de células cardíacas que batem a partir da pele, em setembro de 2011.
• Uma doação independente de 2,5 milhões de dólares criou a cátedra Tong Ming Chuan de Cirurgia Cardiotorácica.