Minicérebros podem ajudar a entender a microcefalia
A combinação certa de nutrientes pode fazer com que células-tronco formem minicérebros espontaneamente.
As células-tronco pluripotentes induzidas (iPS) têm uma enorme capacidade de auto-organização para formar tecidos completos. Alguns estudos recentes mostraram que é possível o desenvolvimento de vários tecidos in vitro a partir destas células. Pesquisadores da Austrian Academy of Science desenvolveram, em uma cultura in vitro, organoides cerebrais tridimensionais derivados de células iPS. Estes “minicérebros” desenvolveram uma variedade de domínios discretos capazes de influenciar um ao outro, incluindo um córtex cerebral com populações progenitoras que organizam e produzem subtipos de neurônios corticais maduros.
Segundo os pesquisadores, as regiões do córtex cerebral do “minicérebro” exibem uma organização semelhante ao cérebro humano em suas fases iniciais de desenvolvimento. Eles mostraram que estes organoides são capazes de recapitular características do desenvolvimento cortical humano.
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Secção transversal de um organoide cerebral tridimensional derivado de células-tronco pluripotentes induzidas (iPS). O seccionamento e imuno-histoquímica revelaram morfologias complexas, com regiões heterogêneas contendo células-tronco neurais (em vermelho) e neurônios (em verde). Crédito: Madeline A. Lancaster et al./Nature
Reprinted by permission from Macmillan Publishers Ltd: Nature, copyright (2013)[/caption]
Como:
Os pesquisadores desenvolveram um método para melhorar as condições de crescimento das células e proporcionar um ambiente necessário para influenciar o seu desenvolvimento. O método aplicado pelos cientistas levou a um rápido desenvolvimento de tecidos cerebrais, que foram denominados organoides cerebrais. Foram necessários apenas de 8 a 10 dias de cultura para o aparecimento de identidade neural nos organoides, e de 20 a 30 dias para a formação de regiões definidas do cérebro, incluindo um córtex, meninges e um plexo coroide.
Os “minicérebros” atingiram seu tamanho máximo em dois meses. Eles formaram tecidos heterogêneos complexos com até 4 mm de diâmetro. Além disso, podem sobreviver indefinidamente se mantidos em um biorreator rotativo: até a data de publicação da pesquisa já haviam sobrevivido por dez meses. Essas “bolas de tecido cerebral” não tinham vasos sanguíneos. Essa pode ser uma das razões do seu tamanho limitado, provavelmente devido à falta de nutrientes e oxigênio no núcleo dos “minicérebros”.
Modelo para microcefalia
Microcefalia é um distúrbio neurológico em que o tamanho do cérebro do paciente é significativamente reduzido. Os pesquisadores utilizaram os “minicérebros” para modelar um estudo de microcefalia. Para isso, foram geradas células iPS a partir da pele de um paciente com microcefalia. Dessa forma, os cientistas foram capazes de criar “minicérebros” afetados por esta doença.
Como esperado, esses organoides apresentaram um tamanho menor do que o normal. Estudando o seu desenvolvimento, os cientistas chegaram à hipótese de que, durante o desenvolvimento do cérebro de pacientes com microcefalia, a diferenciação neuronal ocorre prematuramente. Eles também demonstraram que uma mudança no sentido em que as células-tronco se dividem pode causar a doença. As conclusões confirmam amplamente as teorias existentes sobre microcefalia.
Aplicações
Um cérebro totalmente artificial ainda pode estar distante, mas os aglomerados neurais do tamanho de ervilhas, desenvolvidos pelos pesquisadores, podem ser muito úteis para a pesquisa de doenças neurológicas humanas. Eles também são de grande interesse para a indústria farmacêutica e química, pois permitem o teste de terapias contra defeitos no cérebro e outras perturbações neuronais. Segundo os pesquisadores, os “minicérebros” também permitirão a análise dos efeitos de produtos químicos específicos no desenvolvimento do cérebro.
Confira o trabalho original em:
Madeline A. Lancaster et al., Nature 501, 373–379 (2013).
