O fígado humano é composto de células com diferentes quantidades de DNA. A maioria das células tem apenas duas cópias de DNA, como a célula indicou com uma seta branca. Algumas células acumulam mais conjuntos de DNA, como os indicados com setas amarelas. Esses vários tipos de células se renovam de maneira diferente. Crédito: Paula Heinke
Usando datação retrospectiva de nascimento por radiocarbono, uma equipe internacional de cientistas mostra que o fígado humano permanece jovem ao longo da vida e tem, em média, menos de três anos.
Como um dos principais órgãos do corpo, o fígado desempenha muitas funções biológicas essenciais. Quase todo o sangue do corpo de uma pessoa passa pelo fígado, onde são filtrados os resíduos, as células desgastadas e as toxinas. Também produz bile, uma solução que ajuda a digerir as gorduras e eliminar os resíduos. Essas são apenas algumas das principais funções que ele desempenha – mais de 500 funções vitais foram identificadas com o fígado.
O fígado é um órgão essencial que cuida da desintoxicação do nosso corpo. É propenso a lesões porque está constantemente exposto a substâncias tóxicas. Para superar isso, o fígado tem uma capacidade única entre os órgãos de se regenerar após danos. Como grande parte da capacidade do corpo de se curar e se regenerar diminui à medida que envelhecemos, os cientistas se perguntavam se a capacidade de renovação do fígado também diminui com a idade.
A natureza da renovação do fígado em humanos também permaneceu um mistério. Os modelos animais forneceram respostas contraditórias. “Alguns estudos apontaram para a possibilidade de que as células do fígado tenham vida longa, enquanto outros mostraram uma renovação constante. Ficou claro para nós que, se quisermos saber o que acontece em humanos, precisamos encontrar uma maneira de avaliar diretamente a idade das células do fígado humano”, diz o Dr. Olaf Bergmann, líder do grupo de pesquisa do Centro de Terapias Regenerativas de Dresden ( CRTD) na TU Dresden.
O fígado humano continua sendo um órgão jovem
A equipe interdisciplinar de biólogos, físicos, matemáticos e clínicos liderados pelo Dr. Bergmann analisou os fígados de vários indivíduos que morreram com idades entre 20 e 84 anos. Surpreendentemente, a equipe mostrou que as células do fígado de todos os indivíduos tinham mais ou menos a mesma idade.
Localização do fígado no corpo humano.
“Não importa se você tem 20 ou 84 anos, seu fígado permanece, em média, pouco menos de três anos”, explica o Dr. Bergmann. Os resultados mostram que o ajuste da massa hepática às necessidades do organismo é rigidamente regulado por meio da constante reposição de células hepáticas e que esse processo é mantido mesmo em pessoas mais velhas. Essa substituição contínua de células hepáticas é importante para vários aspectos da regeneração hepática e formação de câncer.
Células do fígado com mais DNA renovam menos
No entanto, nem todas as células do nosso fígado são tão jovens. Uma fração das células pode viver até 10 anos antes de se renovar. Esta subpopulação de células hepáticas carrega mais[{” attribute=””>DNA than the typical cells. “Most of our cells have two sets of chromosomes, but some cells accumulate more DNA as they age. In the end, such cells can carry four, eight, or even more sets of chromosomes,” explains Dr. Bergmann.
“When we compared typical liver cells with the cells richer in DNA, we found fundamental differences in their renewal. Typical cells renew approximately once a year, while the cells richer in DNA can reside in the liver for up to a decade,” says Dr. Bergmann. “As this fraction gradually increases with age, this could be a protective mechanism that safeguards us from accumulating harmful mutations. We need to find out if there are similar mechanisms in chronic liver disease, which in some cases can turn into cancer.“
Lessons from the Nuclear Fallout
Determining the biological age of human cells is a massive technical challenge, as methods commonly used in animal models cannot be applied to humans.
Dr. Bergmann’s group specializes in retrospective radiocarbon birth dating and uses the technique to assess the biological age of human tissues. Carbon is a chemical element that is ubiquitous and forms the backbone of life on Earth. Radiocarbon is one of a variety of types of carbon. It appears naturally in the atmosphere. Plants incorporate it through photosynthesis, in the same way as typical carbon, and pass it on to animals and humans. Radiocarbon is weakly radioactive and unstable. These characteristics are taken advantage of in archeology to determine the age of ancient samples.
Human liver model.
“Archeologists have used the decay of radiocarbon successfully for many years to assess the age of specimens, one example being dating of the shroud of Turin,” says Dr. Bergmann. “The radioactive decay of radiocarbon is very slow. It provides enough resolution for archeologists but it is not useful for determining the age of human cells. Nevertheless, we can still take advantage of the radiocarbon in our research.”
The aboveground nuclear tests carried out in the 1950s introduced massive amounts of radiocarbon into the atmosphere, into the plants, and into the animals. As a result, cells formed in this period have higher amounts of radiocarbon in their DNA.
Following the official ban of aboveground nuclear testing in 1963, the amounts of atmospheric radiocarbon started to drop and so did the amounts of radiocarbon incorporated into the animal DNA. The values of atmospheric and cellular radiocarbon correspond to each other very well.
“Even though these are negligible amounts that are not harmful, we can detect and measure them in tissue samples. By comparing the values to the levels of atmospheric radiocarbon, we can retrospectively establish the age of the cells,” explains Dr. Bergmann.
Unparalleled Insights Directly From the Source
The Bergmann group also explores the mechanisms that drive the regeneration of other tissues considered as static, such as the brain or the heart. The team has previously used their expertise in retrospective radiocarbon birth dating to show that the formation of new brain and heart cells is not limited to prenatal time but continues throughout life. Currently, the group is investigating whether new human heart muscle cells can still be generated in people with chronic heart disease.
“Our research shows that studying cell renewal directly in humans is technically very challenging but it can provide unparalleled insights into the underlying cellular and molecular mechanisms of human organ regeneration,” concludes Dr. Bergmann.
Reference: “Diploid hepatocytes drive physiological liver renewal in adult humans” by Paula Heinke, Fabian Rost, Julian Rode, Palina Trus, Irina Simonova, Enikő Lázár, Joshua Feddema, Thilo Welsch, Kanar Alkass, Mehran Salehpour, Andrea Zimmermann, Daniel Seehofer, Göran Possnert, Georg Damm, Henrik Druid, Lutz Brusch and Olaf Bergmann, 31 May 2022, Cell Systems.
DOI: 10.1016/j.cels.2022.05.001
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