Utilizando minúsculos órgãos hepáticos criados em laboratório a partir de células de doadores humanos, os pesquisadores descobriram que muitos genes envolvidos no metabolismo de medicamentos estão sob controle circadiano. Essas flutuações circadianas afetam a quantidade disponível de um medicamento e a eficácia com que o corpo consegue metabolizá-lo. Por exemplo, eles descobriram que as enzimas responsáveis pela metabolização do Tylenol e de outros medicamentos são mais abundantes em determinados momentos do dia. A administração de medicamentos em diferentes momentos do dia pode ter um impacto significativo na forma como eles são metabolizados no fígado. No total, os pesquisadores identificaram mais de 300 genes hepáticos que seguem um relógio circadiano, incluindo muitos envolvidos no metabolismo de medicamentos, bem como em outras funções, como a inflamação.

A análise desses ritmos poderia ajudar os pesquisadores a desenvolver melhores esquemas de dosagem para medicamentos já existentes. Uma das primeiras aplicações desse método poderia ser o ajuste fino de medicamentos já aprovados para maximizar sua eficácia e minimizar sua toxicidade. O estudo também mostrou que o fígado é mais suscetível a infecções, como a malária, em determinados momentos do ciclo circadiano, quando são produzidas menos proteínas inflamatórias. Bhatia é o autor principal do novo estudo, publicado na revista *Science Advances*. A autora principal do estudo é Sandra March, pesquisadora associada do IMES.

Como os ciclos circadianos afetam a função hepática

Estima-se que cerca de 50% dos genes humanos sigam um ciclo circadiano, e muitos desses genes estão ativos no fígado. No entanto, estudar os efeitos desses ciclos na função hepática tem sido difícil porque muitos desses genes não são idênticos em camundongos e seres humanos; portanto, modelos em camundongos não podem ser usados para estudá-los. O laboratório de Bhatia já desenvolveu um método para cultivar fígados miniaturizados a partir de células hepáticas (hepatócitos) de doadores humanos. Neste estudo, ela e seus colegas queriam investigar se esses fígados produzidos artificialmente possuem seus próprios relógios de 24 horas.

Em colaboração com o grupo de Charles Rice, da Universidade Rockefeller, eles identificaram condições de cultura que promovem a expressão circadiana de um gene do relógio chamado Bmal1. Esse gene, que controla a expressão cíclica de uma variedade de genes, permitiu que as células hepáticas desenvolvessem oscilações circadianas sincronizadas. Os pesquisadores então mediram a expressão gênica nessas células a cada três horas durante 48 horas e conseguiram identificar mais de 300 genes que eram expressos em ondas.

A maioria desses genes agrupou-se em dois grupos – cerca de 70% dos genes atingiram seu pico juntos, enquanto os 30% restantes atingiram seu pico quando os outros atingiram o seu. Entre eles estavam genes envolvidos em diversas funções, incluindo o metabolismo de medicamentos, o metabolismo da glicose e das gorduras e vários processos imunológicos. Depois que os fígados modificados estabeleceram esses ciclos circadianos, os pesquisadores puderam usá-los para estudar como os ciclos circadianos afetam a função hepática. Primeiro, eles examinaram como a hora do dia afeta o metabolismo de medicamentos, estudando dois medicamentos diferentes – o paracetamol (Tylenol) e a atorvastatina, um medicamento usado para tratar o colesterol alto.

Quando o Tylenol é degradado no fígado, uma pequena quantidade do medicamento é convertida em um subproduto tóxico conhecido como NAPQI. Os pesquisadores descobriram que a quantidade de NAPQI produzida pode variar em até 50%, dependendo da hora do dia em que o medicamento é administrado. Eles também constataram que a atorvastatina apresenta maior toxicidade em determinados momentos do dia. Ambos os medicamentos são metabolizados, em parte, por uma enzima chamada CYP3A4, que possui um ciclo circadiano. A CYP3A4 está envolvida no processamento de cerca de 50% de todos os medicamentos; por isso, os pesquisadores agora planejam testar mais desses medicamentos com seus modelos hepáticos.

Os pesquisadores do MIT estão agora trabalhando com colegas para analisar um medicamento contra o câncer que suspeitam ser afetado pelos ciclos circadianos e esperam investigar se o mesmo se aplica a medicamentos usados para tratar a dor.

Suscetibilidade a infecções

Muitos dos genes hepáticos que apresentam comportamento circadiano estão envolvidos em respostas imunológicas, como a inflamação; por isso, os pesquisadores se perguntaram se essa variação poderia afetar a suscetibilidade a infecções. Para responder a essa pergunta, eles expuseram os fígados manipulados ao Plasmodium falciparum, um parasita causador da malária, em diferentes momentos do ciclo circadiano. Esses estudos mostraram que os fígados tinham maior probabilidade de serem infectados após a exposição em diferentes momentos do dia. Isso se deve a diferenças na expressão de genes chamados de genes estimulados por interferon, que contribuem para a supressão de infecções.

Os pesquisadores levantaram a hipótese de que essas flutuações cíclicas se devem ao fato de o fígado atenuar sua resposta a patógenos após as refeições, quando normalmente é exposto a um influxo de microrganismos que poderiam desencadear inflamação, mesmo que não sejam realmente prejudiciais. O laboratório de Bhatia está agora aproveitando esses ciclos para estudar infecções que normalmente são difíceis de estabelecer em fígados em cultura, incluindo infecções por malária causadas por parasitas diferentes do Plasmodium falciparum.

Isso é muito importante para a pesquisa, pois simplesmente configurando o sistema e escolhendo o momento certo para a infecção, os especialistas podem aumentar a taxa de infecção de sua cultura em 25% e, assim, viabilizar estudos com medicamentos que, de outra forma, não seriam possíveis.