Organoides cerebrais enxertados fornecem informações sobre distúrbios neurológicos

Organoides cerebrais enxertados fornecem informações sobre distúrbios neurológicos

Cientistas da Salk melhoram o crescimento de modelos cerebrais tridimensionais para entender melhor o autismo, a demência e a esquizofrenia

LA JOLLA - Muitos distúrbios neurológicos - Alzheimer, esquizofrenia, autismo e até depressão - ficaram para trás em novas terapias. Como o cérebro é tão complexo, pode ser difícil descobrir novos medicamentos e, mesmo quando um medicamento é promissor em modelos animais, muitas vezes não funciona em humanos.

Os cientistas pretendem mudar isso com a tecnologia de células-tronco, retirando células da pele de um paciente e transformando essas células em neurônios. Os pesquisadores podem então testar novos medicamentos e estudar o desenvolvimento de doenças nesses neurônios cultivados em laboratório, e até mesmo testar o potencial de usar esses “neurônios personalizados” para substituição de tecido por meio de transplante para curar uma parte danificada do cérebro. No entanto, enquanto os biólogos já tiveram sucesso no cultivo de minúsculos “organoides” semelhantes a células-tronco em pratos ou tubos de ensaio para fins diagnósticos e terapêuticos, esses sistemas modelo ainda estão longe de representar a complexidade do cérebro.

Cientistas do Salk Institute relatam uma nova abordagem que pode desenvolver modelos organoides mais sofisticados, garantindo que eles recebam oxigênio suficiente e outros nutrientes por meio de transplante em roedores. A obra, publicada em Biotecnologia Natural em 16 de abril de 2018, pode fornecer informações sobre o desenvolvimento de curas para distúrbios cerebrais; acelerar o teste de drogas; e até abrir caminho para um dia transplantar populações saudáveis ​​de células humanas para o cérebro das pessoas para substituir tecidos danificados ou disfuncionais.

“Os organoides cerebrais são ferramentas poderosas para investigar o desenvolvimento e os distúrbios do cérebro humano”, diz o autor sênior medidor enferrujado, professor do Laboratório de Genética de Salk. “Mas atualmente eles não representam totalmente os ambientes fisiológicos nativos. Este trabalho nos aproxima de uma representação mais fiel e funcional do cérebro humano e pode nos ajudar a projetar melhores terapias para doenças neurológicas e psiquiátricas”.

Os organoides cerebrais cultivados em placas de cultura ou tubos de ensaio são estrutural e funcionalmente limitados porque, sem um sistema de vasos sanguíneos, os nutrientes não podem atingir o interior de sua estrutura 3D. Isso reduz o tempo de sobrevivência e a complexidade dos organoides, pois as células não podem sofrer tantas divisões para aumentar seu número ou diversificar o tipo de célula. Embora alguns pesquisadores tenham tentado resolver essas limitações enxertando simultaneamente tecido vascular em organoides, essa abordagem ainda não imita totalmente o microambiente celular de um cérebro real.

O laboratório Gage procurou replicar um ambiente fisiológico mais favorável, enxertando organoides baseados em células-tronco humanas em uma área rica em vasos sanguíneos do cérebro do camundongo. Os organoides humanos enxertados integrados ao ambiente hospedeiro, formaram neurônios e células de suporte neuronal chamadas astrócitos, e foram pesquisados ​​por células imunes. Significativamente, a equipe viu não apenas vasos sanguíneos nativos, mas vasos com sangue fluindo através deles – uma novidade para organoides.

“Foi uma grande conquista”, diz Abed AlFattah Mansour, pesquisador associado da Salk e primeiro autor do artigo. “Vimos a infiltração de vasos sanguíneos no organoide e o fornecimento de sangue, o que foi emocionante porque talvez seja o bilhete para a sobrevivência a longo prazo dos organoides”.

Como parte do estudo, a equipe de Salk dividiu cada organoide ao meio antes do transplante e manteve uma das metades em cultura para que pudessem comparar diretamente o benefício de ambos os ambientes. Eles descobriram que as metades cultivadas estavam cheias de células moribundas após alguns meses, enquanto os organoides da mesma idade nos roedores eram saudáveis.

Para descobrir se os organoides transplantados eram funcionais e saudáveis, a equipe realizou testes de imagem de cálcio, nos quais os neurônios produzem um corante quando disparam. E, de fato, os neurônios dentro dos organoides disparavam de maneira sincronizada. Além disso, a equipe usou uma técnica chamada optogenética (onde as células se tornam responsivas à luz) para confirmar que os neurônios enxertados estavam formando conexões entre si e com o organismo hospedeiro, o que também é uma novidade.

“Isso indica que o aumento do suprimento de sangue não apenas ajudou o organoide a permanecer saudável por mais tempo, mas também permitiu que ele atingisse um nível de complexidade neurológica que nos ajudará a entender melhor as doenças cerebrais”, diz Mansour.

O transplante humano em animais tem sido usado há décadas no cérebro e em outros tecidos para aumentar a sobrevivência e testar a função madura.

“Este trabalho se baseia em uma técnica de enxerto que ajudei a desenvolver em 1984”, acrescenta Gage, que detém a Vi and John Adler Chair for Research on Age-Related Neurodegenerative Diseases. “É gratificante ver que funciona tão bem com organoides cerebrais, que têm imenso potencial para elucidar a função cerebral em doenças neuropsiquiátricas.”

Outros autores incluem: J. Tiago Gonçalves, ex-Salk e agora no Albert Einstein College of Medicine; e Cooper W. Bloyd, Hao Li, Sarah Fernandes, Daphne Quang, Stephen Johnston, Sarah L. Parylak e Xin Jin de Salk.

O trabalho foi financiado pelos National Institutes of Health (U19 MH106434, U01 MH106882), The Paul G. Allen Family Foundation, Bob and Mary Jane Engman, The Leona M. and Harry B. Helmsley Charitable Trust Grant (2012-PG-MED ), Annette C. Merle-Smith, The G. Harold and Leila Y. Mathers Foundation, JPB Foundation, Dolby Family Ventures e NIH grants (R01NS083815, R01AG047669), CIRM Bridges to Stem Cell Research Internship Program, um EMBO Postdoctoral Long- bolsa de estudos de longo prazo (ALTF 1214-2014/Comissão Europeia FP7-Ações Marie Curie, LTFCOFUND2013 e GA-2013-609409) e o Human Frontiers Science Program (bolsa de longo prazo HFSP - LT001074/2015).