- Pesquisas sobre coceira, basófilos e ILC2s já pareceram ter pouca relevância clínica, mas acabaram abrindo caminho para o desenvolvimento de inibidores de JAK e de medicamentos aprovados pela FDA
- No início, a translational research era vista como uma transferência unidirecional de estudos celulares e animais para humanos, e na época era difícil extrair biologia profunda de tecidos humanos
- Após o avanço do high-throughput e do single-cell sequencing, a validação em amostras humanas e os estudos first-in-human ganharam mais peso, mas a crítica de que “o camundongo é um modelo incerto da doença X” também virou uma retórica para enfraquecer estudos em animais
- Um camundongo criado a partir da observação de pacientes com JAK1 gain-of-function reproduziu a inflamação cutânea, mas não mostrou asma; só após exposição a Alternaria alternata surgiu maior suscetibilidade à inflamação pulmonar alérgica
- O JAK1 promove inflamação em células imunes, mas confere um programa anti-inflamatório aos neurônios sensoriais do pulmão, sugerindo que fixar fronteiras rígidas entre área de pesquisa, modelo e hipótese pode limitar descobertas
Um caminho atípico que começou na pesquisa sobre coceira
- Há 10 anos, a coceira era vista por muitos médicos e cientistas como uma sensação menor, e durante o pós-doutorado o autor ouvia que basófilos e ILC2s eram células residuais sem significado clínico
- A pesquisa confirmou basófilos e group 2 innate lymphoid cells (ILC2s) na pele humana e os conectou à atopic dermatitis (AD)
- A AD era considerada complexa demais para terapias direcionadas, mas depois o laboratório publicou estudos mostrando que inibidores de Janus kinase (JAK) tinham um efeito antipruriginoso único sobre a coceira
- Esse trabalho levou a uma nova patente de uso para coceira e serviu de base para o desenho de vários ensaios clínicos randomizados ligados a medicamentos aprovados pela FDA, first-in-class, para AD e outras doenças pruriginosas menos conhecidas
Mudança de percepção sobre translational research
- No início da carreira científica, o NIH definia translational research em duas categorias
- T1: transferência de conhecimento da pesquisa básica para a pesquisa clínica
- T2: transferência de conhecimento da pesquisa clínica para a prática real
- Essa definição fazia a translational science parecer valiosa apenas como uma transferência unidirecional de inovação de células ou animais para humanos
- Na época, para alguns pesquisadores mais voltados à ciência pura, “translational” era quase um termo que sugeria impureza, menor rigor e falta de compreensão mecanística
- Há 25 anos, antes do surgimento de tecnologias como high-throughput sequencing e single-cell sequencing, era difícil extrair profundidade biológica de tecidos humanos primários
- Também crescia a preocupação de que, quanto mais a pesquisa humana fosse acoplada à pesquisa em camundongos, mais ela pudesse parecer apenas técnica ou descritiva
Ascensão da validação humana e crítica aos modelos animais
- Com as novas tecnologias ganhando protagonismo, o status da translational science mudou rapidamente, e em artigos de alto impacto a validação em amostras humanas passou a ser quase uma exigência
- Estudos first-in-human se tornaram uma forma poderosa de chegar rapidamente à fronteira de um campo
- “biomarker” e “biobank” viraram palavras-chave em propostas de financiamento para sugerir relevância
- Em avaliações do NIH, dizer que “o camundongo é um modelo incerto da doença X” tornou-se uma crítica comum para enfraquecer projetos
- Assim como antes incomodava a retórica negativa dirigida ao trabalho translacional, depois surgiu uma nova retórica negativa em torno da pesquisa com animais
Da observação de pacientes com JAK1 ao camundongo criado por acaso
- O laboratório seguiu combinando estudos em camundongos com exploração translacional em humanos
- Em 2017, após confirmar que o JAK1 em neurônios sensoriais era um mediador importante da coceira, Stuart Turvey informou a descoberta da primeira variante germline JAK1 gain-of-function (GoF) em pacientes
- O JAK1 atua como via principal de vários sinais de cytokines dentro das células imunes
- Esses pacientes apresentavam patologia inflamatória multissistêmica, incluindo doenças como AD grave, asthma e food allergy
- Crianças com a variante JAK1 GoF não respondiam à coceira nem com altas doses de steroid, mas pela primeira vez tiveram alívio após receber ruxolitinib oral, que inibe JAK1/JAK2
- Essa observação clínica, alinhada aos resultados em camundongos, mostrou que o JAK1 pode ser um importante motor da coceira no sistema nervoso dos pacientes
Um modelo sem hipótese e um fenótipo que não batia
- Decidiu-se criar camundongos que expressassem condicionalmente a variante exata de JAK1 encontrada nos pacientes, mas sem uma hipótese clara
- Originalmente, a intenção era inserir a variante humana JAK1 GoF apenas em neurônios sensoriais, mas por um mal-entendido acabou sendo criado um camundongo em que a mutação era expressa de forma germline, como nos pacientes
- Esse camundongo apresentou espontaneamente inflamação cutânea semelhante à AD, como os pacientes, mas, ao contrário das crianças, não desenvolveu asthma
- O laboratório chegou então à conclusão de que “os humanos são um modelo incerto de doenças em camundongos”
- Havia muitos motivos para abandonar o projeto — o camundongo havia sido feito errado, a hipótese era pouco clara e o fenótipo não correspondia —, mas justamente nessa confusão surgiu um novo mecanismo neuroimune pulmonar
O alérgeno ambiental revelou a interação gene-ambiente
- Para que os camundongos mostrassem uma doença semelhante à asma, era necessária exposição a alérgenos
- Assumiu-se que uma diferença importante entre camundongos de laboratório e humanos era que os camundongos de laboratório quase não são expostos a alérgenos ambientais
- Quando foram desafiados com Alternaria alternata, um alérgeno associado à asma, os camundongos JAK1 GoF mostraram maior suscetibilidade à inflamação pulmonar alérgica
- O resultado se encaixou no cenário clássico em que genes e ambiente interagem para produzir o fenótipo clínico
- Mas a investigação foi além, e revelou diferenças nas funções do JAK1 conforme o tipo celular
Funções opostas do JAK1 em neurônios sensoriais do pulmão
- Um dos pressupostos centrais da imunologia é que, para cytokines produzirem efeito em tecidos epiteliais ou estromais como o pulmão, muitas vezes dependem da sinalização JAK downstream
- Como nos camundongos germline JAK1 GoF a sinalização de JAK1 estava aumentada em todas as células, surgiu a pergunta se o sinal exagerado de JAK1 nas células imunes era realmente necessário
- Para testar isso, foram criados bone marrow chimeric mice em que células epiteliais e estromais carregavam a variante JAK1 GoF, enquanto as células imunes tinham a variante wild-type
- O resultado foi o oposto do esperado
- As células imunes não foram recrutadas
- A ativação de JAK1 no pulmão, na verdade, suprimiu o recrutamento de células imunes
- Após cerca de um ano de confusão para interpretar os dados, chegou-se à conclusão de que a ativação de JAK1 é pró-inflamatória em células imunes, mas confere um programa anti-inflamatório aos neurônios sensoriais que inervam o pulmão
- O JAK1 também exerce, no sistema nervoso, uma função completamente diferente de manutenção do equilíbrio do sistema imune
Quando área e definição limitam a direção da pesquisa
- Essa trajetória de pesquisa não seguiu o caminho bench to bedside; ela começou com observações humanas, passou pela criação involuntária de uma doença em camundongos sem dados preliminares e só depois voltou à busca de mecanismo
- No ponto de partida, não era possível dizer com clareza qual seria a inovação ou o impacto, nem mesmo em qual órgão os resultados apareceriam
- A pesquisa ultrapassou muito o escopo original do grant e andou na direção oposta ao que normalmente se ensina a evitar em uma proposta de translational research
- Não fixar distinções como basic vs. translational researcher, hypothesis-driven vs. exploratory, immunologist vs. neuroscientist, allergist vs. dermatologist, itch vs. inborn error of immunity foi o que tornou possível a descoberta interdisciplinar
- Discipline, field e model são estruturas conceituais úteis, mas, se impedirem a capacidade de pensar de forma mais ampla, devem ser continuamente ignorados
1 comentários
Comentários do Hacker News
Fico me perguntando se existe um link para ver o texto completo sem paywall
Clique no link do comentário no topo e então procure o artigo pelo código DOI
10.1016/j.cell.2024.08.006É bem provável que a primeira, e talvez a única, aplicação em larga escala da engenharia de tecidos não seja uma área chamativa como cultivar órgãos para transplante ou carne cultivada em laboratório, mas sim cultivar em massa fatias de fígado para triagem de toxicidade farmacêutica
Mesmo deixando completamente de lado a questão dos direitos dos animais, estamos matando camundongos com tempo e dinheiro demais, sabendo que eles são apenas minimamente adequados como modelos de toxicologia
Se fosse possível encher laboratórios com biorreatores de cultivo contínuo de fatias de fígado, os resultados viriam rápido, o tempo e os custos cairiam muito, e os resultados seriam muito mais precisos
É realmente difícil equilibrar segurança e inovação na saúde humana
Isso não é tanto uma crítica à FDA, mas mais um fato que mostra tanto a dificuldade quanto a oportunidade
Alguns alimentos que humanos consomem com segurança podem ser tóxicos ou nocivos para camundongos porque a reação deles a compostos-chave é diferente. Exemplos comuns incluem a teobromina do chocolate, a cafeína do café e a capsaicina das pimentas
Ela é muito menor e menos apoiada do que aquilo que tenta regular, e o problema da porta giratória entre agências federais e empresas privadas também é conhecido. A missão natural de uma única agência regular alimentos e medicamentos também já não parece fazer sentido no ambiente sociopolítico atual
É uma premissa interessante, mas no celular só consigo ler o verde. Fico curioso sobre o que coceira quer dizer aqui e se existe um resumo mais curto
O ponto central do texto é que camundongos modificados para desenvolver asma, com um contexto genético semelhante ao de humanos, não apresentaram asma. O motivo era que o ambiente de laboratório era limpo demais, então os camundongos não foram expostos a alérgenos; quando os alérgenos foram administrados, eles desenvolveram asma como esperado
Nesse caso, humanos acabam sendo um modelo instável para doenças de camundongos. Humanos vivem em ambientes muito diversos e sujos, e podem ser expostos a condições ambientais que induzem certos fenótipos dependendo do genótipo. Se você modela apenas o genótipo no laboratório sem entender esse contexto ambiental, o fenótipo esperado para aquele genótipo pode não aparecer
É um texto interessante se você tiver acesso ao artigo completo. Há várias observações interessantes e sensatas sobre como fazer pesquisa biomédica, e uma frase que chama atenção especialmente porque seria difícil prevê-la só pelo título
É o trecho que diz: “uma forma comum de arruinar uma proposta de financiamento em uma seção de revisão do NIH é sugerir que ‘camundongos não são um modelo confiável da doença X’”. Na prática, a maioria dos cientistas que afirmam com confiança que camundongos não são um bom modelo para X ou Y não sabe o bastante sobre genética e biologia de camundongos para julgar esse assunto complexo
Por motivos que têm prós e contras, a maior parte da pesquisa biomédica com camundongos, talvez mais de 90%, é feita com uma única linhagem completamente endogâmica de camundongos chamada C57BL/6, ou B6. Quase todos os camundongos knockout e transgênicos são variantes B6, e essa também foi a primeira linhagem cujo genoma foi sequenciado. A vantagem é a uniformidade genética, e a desvantagem também é a uniformidade genética
Como Kim diz, quando alguém afirma que “camundongos não são um modelo confiável da doença X”, geralmente quer dizer que algum aspecto da doença não aparece em camundongos B6. Isso é verdade, mas pode aparecer, e de fato muitas vezes aparece, em outros tipos de camundongos. Para saber com certeza, seria preciso estudar de 5 a 100 linhagens variadas de camundongos, e uma ou várias delas podem ter a doença que você procura. Não é muito diferente da variação das doenças em humanos
Parte do texto de Kim acrescenta a isso uma conclusão muito importante e verdadeira, embora não tão surpreendente: o ambiente também importa. Os pesquisadores criaram camundongos com uma mutação de ganho de função em JAK1, e a inflamação da pele surgiu de modo semelhante ao observado nos pacientes, mas a asma não apareceu. Porém, quando os expuseram a Alternaria alternata, um alérgeno associado à asma, eles passaram a ter maior suscetibilidade à inflamação pulmonar alérgica; no fim, surgiu o quadro clássico de que genes e ambiente juntos produzem o fenótipo clínico
Por outro lado, camundongos também podem ser um modelo instável para doenças humanas https://www.youtube.com/watch?v=hKTV2R6TT0Y [vídeo][31 min]
A hipótese ampliada de Weinstein é muito mais interessante e convincente do que este artigo
Poderíamos usar macacos-macaques como um modelo mais próximo, mas por algum motivo as pessoas se opõem