Como o sangue do caranguejo-ferradura se tornou um dos líquidos mais valiosos da medicina
O sangue azul dos caranguejos contém um antigo mecanismo de defesa imunológica que ajudou a salvar inúmeras vidas humanas.
- Os caranguejos-ferradura não são apenas resistentes a doenças, mas também têm uma capacidade impressionante de sobreviver a danos físicos extremos.
- A principal razão se concentra em um mecanismo de defesa imunológico único e antigo: um tipo especial de célula sanguínea chamada amebócitos, que faz com que o sangue dos caranguejos coagule em massas fibrosas quando encontra endotoxinas.
- Na década de 1970, a indústria médica começou a usar esse componente de coagulação especial para testar a presença de bactérias em dispositivos médicos e dentro de vacinas.
Extraído de Bomba: Uma História Natural do Coração © 2021 por Bill Schutt. Reimpresso com permissão de Algonquin Books of Chapel Hill.
A história da primeira virada do caranguejo-ferradura do Atlântico em direção à relevância médica ocorreu em 1956. Foi quando o patobiologista de Woods Hole, Fred Bang, determinou que certos tipos de bactérias faziam com que o sangue do caranguejo-ferradura coagulasse em massas fibrosas. Ele e seus colegas levantaram a hipótese de que esta era uma forma antiga de defesa imunológica. Eventualmente, eles determinaram que um tipo de célula sanguínea chamada amebócitos era responsável pela formação do coágulo. Como o próprio nome indica, os amebócitos se assemelham às amebas, os protistas unicelulares inchados que tornam os pseudópodes tão populares e a disenteria tão impopular.
Bang, e aqueles que acompanharam sua pesquisa, levantaram a hipótese de que a capacidade de coagulação do amebócito evoluiu em resposta à sujeira rica em bactérias e patógenos que os caranguejos-ferradura vasculham por praticamente toda a vida. Seu exército de amebócitos transmitidos pelo sangue pode isolar invasores estrangeiros, isolando-os em prisões de gosma gelatinosa antes que possam espalhar suas infecções.
Como resultado, os caranguejos-ferradura não são apenas resistentes a doenças, mas têm uma capacidade impressionante de sobreviver a danos físicos extremos. As feridas de aparência mais letal são rapidamente obstruídas com coágulos gerados por amebócitos, permitindo que indivíduos machucados continuem como se não tivessem acabado de perder uma parte do tamanho de um punho para uma hélice de motor de popa. Esse sistema único de defesa e reparo pode ser pelo menos parcialmente responsável pelo registro dos caranguejos-ferradura de quase meio bilhão de anos, período durante o qual eles sobreviveram a um total de cinco eventos de extinção em todo o planeta.
Agora sabemos que os amebócitos fazem seu trabalho detectando substâncias químicas potencialmente letais chamadas endotoxinas. Estes estão associados a bactérias gram-negativas, uma classe de micróbios que inclui patógenos como Escherichia coli (intoxicação alimentar), Salmonella (febre tifóide e intoxicação alimentar), Neisseria (meningite e gonorreia), Haemophilus influenzae (sepse e meningite), Bordetella pertussis (coqueluche) e Vibrio cholerae (cólera).
Inscreva-se para receber histórias contra-intuitivas, surpreendentes e impactantes entregues em sua caixa de entrada todas as quintas-feirasCuriosamente, as endotoxinas não são elas próprias responsáveis pela miríade de doenças associadas a estas bactérias. Tampouco são produtos protetores – lançados, por exemplo, para combater os próprios inimigos da bactéria. Em vez disso, essas grandes moléculas formam grande parte da membrana celular bacteriana, ajudando a criar um limite estrutural entre a célula e seu ambiente externo. As endotoxinas também são conhecidas como lipopolissacarídeos, pois consistem em uma gordura ligada a um carboidrato. Essas moléculas se tornam problemáticas para outros organismos somente depois que as bactérias foram mortas e cortadas, ou lisadas – algo que pode acontecer quando o sistema imunológico (ou um antibiótico) está envolvido para combater uma infecção bacteriana gram-negativa. Nesse ponto, o conteúdo da célula bacteriana se espalha e os componentes lipopolissacarídeos da membrana são liberados no meio ambiente.
Infelizmente, embora as bactérias causadoras de doenças possam ter sido vencidas, os problemas do hospedeiro doente não acabaram. A presença de endotoxinas no sangue pode causar o início rápido da febre, uma das respostas protetoras do organismo a um invasor estranho. Essas substâncias indutoras de febre são chamadas de pirogênios e podem levar a sérios problemas (como danos cerebrais) se elevarem a temperatura do corpo por muito tempo. Outras complicações também podem surgir da resposta imune perigosamente exagerada do corpo – uma condição com a qual os profissionais de saúde foram forçados a lidar durante a pandemia de coronavírus. Nos piores casos, a exposição a endotoxinas pode levar a uma condição conhecida como choque endotóxico, uma cascata de sintomas com risco de vida que variam de danos ao revestimento do coração e dos vasos sanguíneos até pressão arterial perigosamente baixa.
Depois de nossa viagem para encontrar ovos de caranguejo-ferradura na praia, Leslie e eu acompanhamos Dan Gibson ao laboratório de Woods Hole, onde ele preparou uma lâmina de microscópio de sangue fresco de caranguejo-ferradura. Logo estávamos examinando amebócitos vivos de caranguejo-ferradura.
“Eles estão todos cheios de grânulos”, eu disse, notando as partículas parecidas com areia que enchiam o interior das células.
“Esses são pequenos pacotes de uma proteína chamada coagulogen”, disse Gibson. Como o próprio nome pode sugerir, os coagulógenos causam coagulação ou coagulação. “Quando os amebócitos encontram a menor quantidade de endotoxina, eles liberam seus pacotes de coagulógeno, que rapidamente se transformam em um coágulo semelhante a um gel”.
Como as endotoxinas podem causar uma resposta tão perigosa em humanos, na década de 1940 a indústria farmacêutica começou a testar seus produtos quanto à presença dessas substâncias, que também podem ser liberadas acidentalmente durante o processo de fabricação do medicamento. Um dos primeiros métodos desenvolvidos foi o teste de pirogênio em coelho, que se tornou um padrão da indústria. Veja como funcionou: no que definitivamente soa como um trabalho para “o cara novo”, as temperaturas retais basais foram tomadas para coelhos de laboratório envolvidos no teste. Em seguida, os técnicos de laboratório injetaram em coelhos o lote de qualquer droga que estivesse sendo testada, muitas vezes fazendo isso por meio de uma veia do ouvido facilmente acessível. Eles então registraram as temperaturas retais a cada trinta minutos pelas próximas três horas. Se uma febre se desenvolvesse, isso sinalizaria a presença potencial de uma endotoxina naquele lote específico.
Ao descobrir que o sangue do caranguejo-ferradura coagulava na presença de endotoxinas, no final da década de 1960, um colega de Fred Bang, o hematologista Jack Levin, desenvolveu um teste químico, conhecido como ensaio, que viria a substituir o laborioso e controverso pirogênio de coelho teste. Essencialmente, Levin e seus colegas abriram amebócitos de caranguejo-ferradura para coletar o componente formador de coágulos, uma substância que eles chamaram de lisado de amebócitos de Limulus (LAL). Não só o LAL poderia ser usado para testar a presença de endotoxinas em lotes de produtos farmacêuticos e vacinas, como os pesquisadores descobriram que também funcionava em instrumentos como cateteres e seringas, dispositivos médicos para os quais a esterilização pode matar bactérias, mas também pode introduzir endotoxinas acidentalmente em pacientes. recebendo cuidados médicos.
Embora essa descoberta tenha sido presumivelmente recebida com alívio dentro da comunidade de coelhos, os caranguejos-ferradura e seus fãs ficaram um pouco menos do que entusiasmados, especialmente quando outro pesquisador de Woods Hole rapidamente estabeleceu uma empresa biomédica que começou a extrair sangue de caranguejo-ferradura em escala industrial. Mais três dessas empresas logo surgiram ao longo da costa atlântica, transformando a produção de LAL em uma indústria multimilionária. Como resultado, hoje quase meio milhão de caranguejos-ferradura são retirados da água a cada ano, muitos durante a época de desova. A maioria é transportada para instalações de laboratórios de tamanho industrial, não em tanques de água salgada fria, mas na traseira de picapes abertas. Ao chegar, os caranguejos encontram equipes de trabalhadores vestidos com máscaras e aventais, que os esfregam com desinfetante, dobram suas conchas articuladas ao meio (“a posição de flexão abdominal”) e os amarram a longas mesas de metal, no estilo de linha de montagem. Seringas de grande calibre são então inseridas diretamente nos corações dos caranguejos-ferradura. O sangue, tingido de azul e com consistência de leite, pinga em frascos coletores de vidro. E em um movimento que deixaria o Conde Drácula com inveja, a coleta continua até que o sangue pare de fluir, geralmente quando cerca de 30% dele foi drenado.
Pelo menos em teoria, os caranguejos-ferradura devem sobreviver à sua provação e, uma vez sangrados, por lei, devem ser devolvidos à área aproximada onde foram coletados. Mas, de acordo com o neurobiólogo da Plymouth State University, Chris Chabot, estima-se que 20 a 30% dos caranguejos morrem durante as cerca de setenta e duas horas desde a coleta até o sangramento até o retorno.
“É significativo que os caranguejos que respiram pelas guelras sejam mantidos fora da água o tempo todo”, Chabot disse a Leslie e a mim. Estávamos visitando o cientista e seu colega, o zoólogo Win Watson, no Jackson Estuarine Laboratory da Universidade de New Hampshire.
Também de importância potencial, explicou Chabot, é o fato de que ninguém sabe se espécimes previamente sangrados sofrem algum efeito de curto ou longo prazo após serem devolvidos à água – ou mesmo se sobrevivem. (A Atlantic States Marine Fisheries Commission [ASMFC] gerencia formalmente as populações de caranguejos-ferradura desde 1998, mas várias políticas dificultaram sua capacidade de acessar os números da taxa de mortalidade em caranguejos-ferradura colhidos para empresas biomédicas.) Com isso em mente, Chabot e sua pesquisa A equipe está tentando determinar o efeito que o processo de colheita tem sobre os caranguejos-ferradura quando eles são devolvidos à água. Para isso, ele e seus alunos coletaram um pequeno número de espécimes e os submeteram a condições semelhantes às que os caranguejos enfrentam durante os encontros com a indústria biomédica.
Chabot e seus alunos observaram apatia e desorientação em seus sujeitos, o que eles supuseram que se devesse em parte ao fato de que, após o sangramento, o corpo do caranguejo não pode fornecer tanto oxigênio quanto o necessário. “Leva semanas para repor os amebócitos e a hemocianina que eles perderam”, ele nos disse.
Chabot também explicou que, com muitos de seus amebócitos protetores sendo lisados em um tubo de ensaio em algum lugar, coisas como reparo de feridas e um retorno a ambientes infestados de bactérias gram-negativas criavam uma perspectiva bastante sombria para os caranguejos-ferradura que voltavam para casa depois de um longo dia. a linha de montagem.
Watson confirmou que a combinação de três dias passados fora da água, em altas temperaturas, juntamente com uma perda significativa de sangue, pode resultar em uma combinação letal para os caranguejos-ferradura. Além disso, acrescentou, como os caranguejos geralmente são coletados durante a época de acasalamento e, muitas vezes, antes do acasalamento ocorrer, qualquer taxa de mortalidade teria o potencial de afetar o tamanho das gerações futuras – especialmente porque os caranguejos fêmeas maiores são preferencialmente selecionados durante a coleta. E dado que os caranguejos têm tempos de maturação lentos, a extensão dos problemas que estão se formando pode não se tornar aparente para os pesquisadores, ou qualquer outra pessoa, por uma década. De acordo com o ASMFC, as regiões de Nova York e Nova Inglaterra já estão começando a ver uma diminuição na abundância de caranguejos-ferradura.
Watson e Chabot sugeriram que alguns passos bastante simples poderiam ser realizados para melhorar os números de mortalidade, ajudando assim a sustentar as populações de caranguejos-ferradura sem prejudicar a indústria de LAL. O primeiro passo seria adiar a colheita dos caranguejos-ferradura até depois da época de acasalamento. A segunda sugestão foi transportar espécimes de e para laboratórios de biotecnologia em tanques de água fria, em vez de empilhá-los, secos e quentes, no convés dos barcos e na traseira dos caminhões. Isso, explicaram os especialistas em caranguejos-ferradura, não apenas evitaria o estresse térmico, mas também impediria que as “páginas” finas e membranosas das brânquias de seus livros secassem.
Ao conversar com Watson e Chabot, fica claro para mim que eles apreciam plenamente a importância da LAL para a comunidade médica e para os pacientes cujas vidas ela salva. Esses pesquisadores estão simplesmente tentando melhorar as chances de uma espécie que está lidando com ameaças à sua existência muito antes de os humanos aparecerem e adicionaram poluição, destruição de habitat e colheita excessiva à lista de merda de caranguejo-ferradura.
Embora os passos sugeridos por Watson e Chabot ajudariam muito a melhorar a mortalidade do caranguejo-ferradura, há outro risco relacionado à colheita. Este decorre do fato de que cada batimento cardíaco do caranguejo-ferradura é iniciado e controlado por uma pequena massa de neurônios chamada gânglio, localizada logo acima do coração. Seu trabalho é estimular cada seção do coração a se contrair na ordem certa em resposta a pulsos elétricos minúsculos.
Esses corações neurogênicos são encontrados em crustáceos como camarões, bem como em vermes segmentados como minhocas e sanguessugas. Eles diferem significativamente dos corações miogênicos vistos em humanos e outros vertebrados, que batem sem serem estimulados por estruturas externas como gânglios ou nervos. Em vez disso, o estímulo para a contração miogênica se origina em pequenas regiões de tecido muscular especializado chamadas marca-passos cardíacos, localizadas dentro do próprio coração.
A ausência desses marca-passos em corações neurogênicos pode explicar, pelo menos parcialmente, por que a arte asteca nunca retrata padres segurando os corações ainda pulsantes de lagostas ou caranguejos-ferradura recém-sacrificados. Isso porque seus corações neurogênicos teriam parado de bater no momento em que fossem separados dos gânglios que os controlavam.
Enquanto isso, graças às células marca-passo, os corações humanos têm a capacidade de gerar uma sequência contínua de sinais elétricos. Estes começam em um local no átrio direito chamado nó sinoatrial (SA) e aceleram através do coração ao longo de rotas altamente específicas chamadas vias de condução. Movendo-se como ondas de água após o esguicho de uma pedrinha, os sinais viajam do átrio direito para o átrio esquerdo, ambos situados na “base” mais alta do coração. À medida que a ondulação começa a se mover para baixo em direção aos ventrículos, outro pedaço de células marca-passo, chamado nó atrioventricular (AV), diminui o sinal, o ligeiro atraso que permite que os ventrículos se encham de sangue. O sinal elétrico do nó AV continua em direção ao ápice pontiagudo do coração. Ao fazê-lo, os músculos que compõem cada ventrículo são estimulados a se contraírem.
Mas enquanto nosso coração miogênico inicia sua própria batida, um par de nervos controla a taxa e a força da contração. Estes são o nervo vago, que desacelera os batimentos cardíacos, e o nervo acelerador cardíaco, que . . . bem, você sabe. Eles trabalham como parte do sistema nervoso autônomo (SNA), que executa suas tarefas consideráveis sem o seu consentimento ou contribuição voluntária.
Existem duas divisões da ANS. Uma, a divisão simpática, prepara você para lidar com ameaças reais ou imaginárias com uma série de respostas, incluindo aumento da frequência cardíaca e pressão arterial. Isso é muitas vezes referido como a “resposta de luta ou fuga”. À medida que sua frequência cardíaca acelera, seu SNA também causa um aumento no fluxo sanguíneo para o cérebro e os músculos das pernas. Isso ocorre quando os vasos sanguíneos que suprem essas áreas recebem um sinal para iniciar a vasodilatação (ou seja, alargamento de seus diâmetros internos). Simultaneamente, o sangue é desviado do trato digestivo e dos rins através da vasoconstrição dos minúsculos vasos sanguíneos que normalmente os abastecem. O raciocínio aqui é que digerir Cheerios e produzir urina se torna um pouco menos importante quando você é subitamente confrontado por um urso pardo ou a perspectiva de falar na frente de uma platéia. Em vez disso, o sangue extra vai para os músculos das pernas através de seus capilares abertos – preparando você para uma corrida. O fluxo sanguíneo também é aumentado para o cérebro, presumivelmente permitindo que você descubra o que fazer se fugir não funcionar.
A segunda divisão do sistema nervoso autônomo é a divisão parassimpática, que assume o controle durante condições normais (também conhecidas como urso pardo e sem falar em público). Esta é a alternativa de “descanso e repouso” da ANS. Ele diminui a frequência cardíaca, direcionando o fluxo sanguíneo para os órgãos menosprezados pela resposta de luta ou fuga, como aqueles que lidam com a digestão e a produção de urina.
Curiosamente, se os nervos que controlam o SNA estiverem danificados, ou se seus impulsos estiverem bloqueados (atenção fãs de fugu), o coração não para de bater – o que seria rapidamente fatal. Em vez disso, o nó SA assume a regulação da frequência cardíaca, definindo o ritmo internamente em cerca de 104 batimentos por minuto.
O problema para um caranguejo-ferradura recebendo o tratamento hipodérmico do Drácula é que seu coração não tem essa capacidade de se controlar. Seu batimento cardíaco é governado exclusivamente pelo gânglio situado acima dele.
Watson explicou que o gânglio ativa os neurônios motores, que se comunicam com o músculo cardíaco liberando um neurotransmissor chamado glutamato. Este mensageiro químico se encaixa como uma chave em bloqueios específicos de neurotransmissores encontrados na superfície do coração. Essas fechaduras são conhecidas como receptores, e o arranjo resultante de fechadura e chave direciona as células que compõem esse músculo a se contraírem.*
“O problema é”, disse Watson, “que se você enfiar uma agulha em um caranguejo-ferradura para drenar seu sangue e atingir o gânglio cardíaco por engano, provavelmente matará o animal”.
“Então, os trabalhadores que sangram amostras nessas instalações biomédicas precisam levar em consideração a localização do gânglio cardíaco ao inserir suas agulhas, certo?”
Watson balançou a cabeça. “Bill, duvido que algum deles saiba disso.”
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