Pela primeira vez, cientistas cultivaram em laboratório um modelo tridimensional minúsculo dos estágios iniciais de desenvolvimento do sistema nervoso central humano.
O novo modelo é um tipo de organoide, uma miniatura tridimensional feita de tecidos vivos, projetada para imitar as complexidades únicas dos órgãos humanos. Esses órgãos em miniatura têm como objetivo capturar a biologia humana de forma mais precisa do que os modelos animais tradicionais, com potenciais aplicações na descoberta e desenvolvimento de medicamentos. Por exemplo, esses modelos poderiam ajudar os pesquisadores a prever com mais precisão quais medicamentos em desenvolvimento teriam sucesso em humanos, em vez de apenas em placas de Petri e em camundongos.
Houve uma série de organoides desenvolvidos nos últimos anos, desde minúsculos corações pulsantes até testículos minúsculos. Além disso, organoides cerebrais já haviam sido cultivados anteriormente, mas os cientistas por trás do novo modelo afirmam que esta é a primeira vez que todas as três seções do cérebro embrionário e da medula espinhal foram replicadas em laboratório. Eles descreveram suas descobertas em um artigo publicado na segunda-feira (26 de fevereiro) na revista Nature.
A equipe espera que o modelo possa ser usado para melhorar a compreensão dos cientistas sobre doenças cerebrais que surgem durante o desenvolvimento inicial. Isso pode incluir a microcefalia, por exemplo.
"O sistema em si é realmente inovador", disse Orly Reiner, coautora do estudo e professora de neuroquímica no Instituto Weizmann de Ciências em Israel, em um comunicado. "Um modelo que imita essa estrutura e organização nunca foi feito antes, e oferece inúmeras possibilidades para estudar o desenvolvimento do cérebro humano e, especialmente, doenças do desenvolvimento cerebral."
O novo modelo foi feito usando células-tronco pluripotentes humanas, ou seja, células que têm o potencial de se tornar qualquer tipo de célula no corpo. Inicialmente, as células-tronco foram induzidas a formar uma fileira com cerca de 4,39 centímetros de comprimento e 0,018 cm de largura. Isso se assemelhava, mas não correspondia exatamente, à forma e ao tamanho do tubo neural - uma estrutura inicial da qual o cérebro e a medula espinhal se originam - que estaria presente em um embrião humano de 4 semanas.
Em seguida, a equipe colocou essa fileira de células em um dispositivo microfluídico contendo muitos canais minúsculos. Eles expuseram as células a diferentes produtos químicos por meio desses canais, induzindo-as a crescer e formar uma estrutura tridimensional que se assemelhava ao sistema nervoso central inicial.
Os cientistas também adicionaram um gel que induziu as células-tronco a se especializar em células que mais tarde se transformariam em neurônios, as células transmissoras de sinais do sistema nervoso.
Ao longo de 40 dias, as células dentro do organoide se auto-organizaram em estruturas que se assemelhavam aos estágios iniciais do desenvolvimento do cérebro e da medula espinhal em um embrião humano. Isso incluiu a formação de estruturas conhecidas como prosencéfalo, mesencéfalo, rombencéfalo e medula espinhal.
Neste ponto, os organoides imitavam de perto o grau de desenvolvimento que seria visto em um embrião de 11 semanas, e dentro das células, genes específicos do desenvolvimento ligados a este estágio foram ativados.
A equipe reconheceu algumas limitações de seu novo modelo. Por exemplo, o tubo neural no organoide parecia diferente o suficiente de um humano que o modelo provavelmente não está pronto para ser usado para estudar distúrbios causados pelo desenvolvimento incompleto do tubo neural. Esses distúrbios incluem o defeito de nascimento espinha bífida.
No entanto, os pesquisadores esperam que, com refinamentos adicionais, o modelo possa ser usado para estudar diferentes doenças do cérebro humano usando células-tronco coletadas diretamente dos pacientes. Se eles conseguirem conectar os neurônios dentro dos organoides em circuitos, eles podem até ser capazes de esclarecer condições como a paralisia, na qual o cérebro não consegue mais enviar instruções de movimento para a medula espinhal, escreveram eles no comunicado.
Traduzido e adaptado de Live Science
