A vida de Doug Melton mudou irrevogavelmente no dia em que seu filho foi diagnosticado com uma doença com risco de morte. Mas, ao contrário da maioria dos outros pais naquela situação, ele era um biólogo molecular em posição única para fazer algo a respeito. Agora, mais de 30 anos depois, Melton e seus colegas estão a um passo de desenvolver um novo tratamento para diabetes tipo 1 que utiliza células-tronco para produzir células saudáveis produtoras de insulina, que podem ser transplantadas em pacientes. A Vertex Pharmaceuticals, uma empresa biomédica com sede em Boston, está realizando ensaios clínicos com métodos pioneiros de Melton e seus colegas em Harvard e em uma startup que ele fundou.
“Poucas coisas são melhores do que ter um quebra-cabeça científico interessante”, disse Melton. “Especialmente um que envolva educar as pessoas e que, se for bem-sucedido, faça bem às pessoas no mundo.” Melton foi recentemente nomeado o primeiro Professor Catalyst de Harvard, um cargo de docente sênior que visa promover a colaboração com o setor privado. A cátedra permite que docentes renomados se envolvam em oportunidades externas, mantendo seus compromissos de ensino e contribuições para a missão acadêmica da universidade.
Quando criança, Melton se interessou pela biologia. Uma questão o intrigava especialmente: como óvulos unicelulares se transformavam em animais complexos com bilhões de células especializadas? “Lembro-me de quando era menino em Chicago e me perguntava como os ovos no lago sabiam se formariam uma salamandra ou um sapo”, recordou ele. “Isso realmente me impulsionou para uma carreira científica.”
Essa questão continuou a impulsionar sua carreira. Melton se formou em biologia pela Universidade de Illinois e ganhou uma Bolsa Marshall para estudar na Universidade de Cambridge, onde obteve outro bacharelado em história e filosofia da ciência e um doutorado em biologia molecular. Em 1981, ingressou em Harvard e passou uma década estudando o desenvolvimento inicial de sapos e camundongos. Ele planejava dedicar sua carreira à investigação da formação dos corpos vertebrados.
Sua vida deu uma guinada repentina em 1991, quando seu filho pequeno, Sam, foi diagnosticado com diabetes tipo 1, uma doença na qual o sistema imunológico ataca e destrói as células beta, as partes do pâncreas que produzem insulina, o hormônio que regula o açúcar no sangue. Esses pacientes são forçados a depender de fontes externas de insulina. “Eu nem sabia o que isso significava”, lembrou Melton. “Mas descobrimos rapidamente. Minha esposa passava o tempo todo sendo o pâncreas do Sam, injetando insulina nele.”
Com dois filhos pequenos, Melton e a esposa estavam sobrecarregados. Meio brincando, ela se virou para o marido e sugeriu que ele se tornasse produtivo. “Ela olhou para mim e disse: ‘Sabe, você é meio inútil'”, ele lembrou. “‘Você deveria ser capaz de fazer alguma coisa. Por que não se dedica a isso?'”
E assim o fez. Melton direcionou sua pesquisa para o diabetes. Seu salto não foi tão radical quanto poderia parecer: o desenvolvimento de tecidos e órgãos envolvia o mesmo mistério que o cativara desde o início — como os genes codificavam os sinais que guiavam a divisão e a diferenciação das células? Ele começou a pesquisar como as células beta se formam em sapos e camundongos e, eventualmente, chegou a um campo emergente da biologia — as células-tronco. Essas células em desenvolvimento são as precursoras que se diferenciam em todos os tipos de células do corpo. Uma ideia surgiu em sua imaginação: pegar células-tronco embrionárias e manipulá-las para se tornarem as células que produzem insulina. “Nunca me ocorreu que isso não fosse possível”, disse Melton. “Eu simplesmente não sabia como fazer.”
Aumento da carga global
Diabetes é uma doença na qual o corpo não consegue metabolizar adequadamente a glicose, o açúcar no sangue que é nossa principal fonte de energia. Normalmente, a glicose é regulada pela insulina, produzida pelas células beta em aglomerados de células endócrinas chamadas ilhotas de Langerhans, espalhadas pelo pâncreas. No diabetes tipo 1 — que pode surgir a qualquer momento, mas frequentemente durante a infância — o próprio sistema imunológico do corpo ataca e destrói as células beta. No diabetes tipo 2 — que frequentemente surge mais tarde na vida e está frequentemente associado à obesidade — as células beta tornam-se disfuncionais e deixam de fornecer insulina suficiente.
De acordo com a Federação Internacional de Diabetes , a doença afeta cerca de 589 milhões de adultos em todo o mundo, ou cerca de 11% da população adulta global. Para Melton, essa missão global tornou-se ainda mais pessoal. Cerca de 10 anos depois que seu filho foi diagnosticado com diabetes tipo 1, sua filha, Emma (então com 14 anos), desenvolveu a mesma doença.
Apoiado pelos cortes da era Bush
Um grande avanço ocorreu há mais de 100 anos com o desenvolvimento do tratamento com insulina exógena, originalmente administrado por injeções e agora comumente por bombas de insulina. Mas esses avanços ainda requerem fontes externas de insulina e são tratamentos — não curas. Melton buscou uma cura decifrando a biologia do desenvolvimento das células beta. Quais foram as etapas do desenvolvimento que transformaram uma célula-tronco em uma célula beta produtora de insulina? Os cientistas conseguiriam reproduzir esses eventos para projetar células beta que pudessem ser transplantadas em pacientes?
Sua pesquisa era ousada, e Harvard era o raro lugar onde ele conseguia realizá-la. Ele lembrou o apoio da Universidade quando, em 2001, o então presidente George W. Bush suspendeu o financiamento federal para pesquisas com células-tronco humanas e, posteriormente, limitou o financiamento federal às linhas de células-tronco existentes. A Universidade construiu um novo laboratório para Melton, a fim de garantir que sua pesquisa permanecesse separada do trabalho financiado pelo governo federal. Em 2004, Melton e seu colega David Scadden fundaram o Instituto de Células-Tronco de Harvard , uma colaboração que agora envolve mais de 350 professores de pesquisa. “Tenho orgulho de dizer que Harvard me apoiou e criamos cerca de 300 linhagens de células-tronco e as enviamos gratuitamente para pesquisadores do mundo todo”, disse Melton. “Isso realmente ajudou toda a área a crescer.”
Copiando a natureza
Ao longo das décadas, Melton e seus colegas fizeram uma série de descobertas que estabeleceram as bases para um novo tratamento para restaurar a produção de insulina em pacientes com diabetes tipo 1. Melton compara essa terapia de ilhotas derivada de células-tronco à “educação” de uma célula-tronco e seus descendentes — introduzindo os sinais proteicos que desencadeiam ou inibem os processos de desenvolvimento. Ao todo, o método administra 15 proteínas sinalizadoras em momentos e locais específicos, em seis etapas ao longo de 30 dias, para transformar uma célula-tronco em uma célula beta produtora de insulina. Essas células são então transplantadas em pacientes com diabetes tipo 1.
Após demonstrar um método para criar células beta em 2014, Melton fundou a empresa Semma Therapeutics (o nome é uma combinação dos nomes de seus dois filhos) para desenvolver uma aplicação comercial. Em 2019, a empresa foi adquirida pela Vertex e agora realiza ensaios clínicos para pessoas com diabetes tipo 1. Melton afirmou que mais de uma dúzia de pacientes concluíram o ensaio e que “mais de um punhado” dos que tomaram este novo tratamento são “independentes de insulina” — o que significa que não precisaram de insulina exógena adicional até o momento. Monitores contínuos de glicose medem o nível de açúcar no sangue a cada 15 minutos, mas uma célula beta faz isso 1.000 vezes por segundo. “Não estou inventando nada”, diz Melton. “Estou tentando copiar a natureza.”
Um lugar para a ciência
A nova terapia derivada de células-tronco representa a primeira vez que uma célula humana totalmente diferenciada foi cultivada em laboratório a partir de células-tronco e, em seguida, introduzida em ensaios clínicos em humanos. Melton afirma que a técnica poderá ser adaptada para tratar diabetes tipo 2. O método também fornece insights sobre como as células-tronco podem ser usadas para outras terapias, como a produção de células cerebrais produtoras de dopamina para tratar a doença de Parkinson. “Harvard é o tipo de lugar onde você pode pegar um problema que talvez não consiga resolver em um ano, ou mesmo em cinco anos, ou talvez em dez anos”, disse Melton. “Acho que essa é uma das grandes coisas que nossas instituições podem fazer.”
Harvard também tem sido um ótimo lugar para desenvolver jovens talentos — e aprender com eles, disse Melton. O cientista empregou cerca de 50 alunos de graduação, pós-graduação e pós-doutorado em seu laboratório. Ele também tem gostado de ministrar aulas como biologia do desenvolvimento e “Fronteiras na Terapêutica: Ciência da Saúde”, que explora como a ciência básica pode ser aplicada a problemas médicos não resolvidos.
“Gosto de lecionar para alunos de graduação porque, no geral, eles vêm com menos preconceitos ou noções preconcebidas sobre o que vale a pena fazer e como fazer”, disse Melton. “Isso desafia meu próprio pensamento sobre o que estamos fazendo. Há uma motivação adicional — atrair alguns dos jovens e brilhantes alunos de graduação para uma carreira em ciências.”
