Modelo de Cérebro Humano Inovador
Pesquisadores do MIT desenvolveram uma plataforma de tecido cerebral humano em 3D, que é a primeira a integrar todos os principais tipos de células do cérebro. Isso inclui neurônios, células gliais e vasos sanguíneos, tudo em uma única cultura. Esses modelos, chamados de miBrains, são feitos a partir de células-tronco pluripotentes induzidas de doadores individuais e conseguem replicar características e funções importantes do tecido cerebral humano.
Usos e Potencial
Embora cada unidade miBrain seja menor do que uma moeda de dez centavos, seu valor para pesquisadores e desenvolvedores de medicamentos pode ser enorme. Eles precisam de modelos vivos mais complexos para compreender melhor a biologia do cérebro e tratar doenças de forma mais eficaz.
Li-Huei Tsai, professora do MIT e uma das autoras do estudo, afirma que o miBrain é o único sistema in vitro que contém todos os seis tipos principais de células presentes no cérebro humano. Isso torna o modelo bastante especial e útil.
Descobertas Importantes
Um dos primeiros usos dos miBrains foi para descobrir como um dos marcadores genéticos mais comuns da doença de Alzheimer altera as interações entre as células, resultando em patologia. A equipe de pesquisa foi liderada por Alice Stanton e incluiu especialistas de diferentes áreas, o que fortaleceu o trabalho.
Vantagens de Modelos Mais Avançados
Os pesquisadores precisam de modelos que capturem a complexidade do cérebro para entender como ele funciona e como terapias podem afetar os pacientes. Neurônios e células de apoio interagem em um ambiente tridimensional que inclui vasos sanguíneos, e todas essas interações são essenciais para a saúde.
Modelos mais simples, que usam apenas um ou alguns tipos de células, são fáceis e rápidos de serem produzidos, mas não conseguem revelar as interações complexas necessárias para entender doenças. Os modelos com animais possuem essa complexidade, mas podem ser difíceis e caros de manter, além de, às vezes, não apresentarem resultados que se aplicam a humanos.
Os miBrains juntam as vantagens de cada tipo de modelo, preservando a acessibilidade e a rapidez dos cultivos em laboratório, enquanto oferecem resultados que espelham a biologia complexa do tecido cerebral humano. Como são feitos a partir de células de pacientes, eles são personalizados para o genoma de cada indivíduo.
Desenvolvimento da Estrutura
Criar um modelo que integre tantos tipos de células foi um desafio que levou anos para ser superado. Um aspecto crucial foi a identificação de um suporte físico que oferecesse estrutura às células e mantivesse sua viabilidade. Inspirados pela matriz extracelular natural do tecido, a equipe desenvolveu um “neuromatrix” à base de hidrogel que simula essa matriz, utilizando uma mistura customizada de polissacarídeos e outros componentes que oferecem suporte para o crescimento das células.
Outro aspecto importante foi encontrar as proporções de células que resultassem em unidades neurovasculares funcionais. Durante anos, os pesquisadores debateram as proporções adequadas. Eles conseguiram desenvolver todos os tipos de células a partir de células-tronco doadas, verificando que cada tipo cultivado se parecia com células cerebrais naturais. Dessa forma, eles conseguiram criar um equilíbrio entre os tipos de células que resultou em unidades neurovasculares bem estruturadas e funcionais.
Descobertas Sobre Alzheimer
Os pesquisadores quiseram testar as capacidades do miBrain estudando a variante genética APOE4, que é o maior indicativo genético para o desenvolvimento da doença de Alzheimer. Embora se saiba que as células chamadas astrócitos produzem a proteína APOE, o papel dessas células quando carregam a variante APOE4 na patologia da doença ainda é pouco compreendido.
Os miBrains se mostraram adequados para essa tarefa por duas razões. Primeiro, eles integram os astrócitos com outros tipos de células do cérebro, permitindo que suas interações naturais sejam simuladas. Segundo, a plataforma permitiu que os pesquisadores integrassem os tipos de células de forma individual, possibilitando estudar os astrócitos APOE4 em um ambiente onde todas as outras células carregavam a variante APOE3, que não aumenta o risco de Alzheimer.
Resultados e Conclusões
Os pesquisadores descobriram que os astrócitos APOE4 apenas expressavam reações imunes associadas à doença de Alzheimer quando estavam em um ambiente multicelular. Quando eles cultivaram os astrócitos sozinho, não observaram essas reações. Além disso, a equipe acompanhou proteínas associadas à doença, como a beta-amiloide e a tau fosforilada, que se acumularam nos miBrains compostos totalmente por células APOE4, enquanto os miBrains com células APOE3 não apresentaram acúmulo desses componentes.
Ao investigar as interações entre os astrócitos da variante APOE4 e outros tipos de células, os pesquisadores descobriram que a comunicação molecular entre eles e as células microgliais é essencial para a patologia tau. Isso sugere que a interação entre diferentes tipos de células cerebrais pode ser um foco crucial para futuras pesquisas sobre Alzheimer.
Futuro dos Pesquisas
Os pesquisadores planejam adicionar características novas aos miBrains para modelar ainda mais aspectos do funcionamento do cérebro. Eles querem usar microfluídica para simular o fluxo de sangue e técnicas avançadas para melhorar a análise das células.
Os cientistas acreditam que os miBrains podem acelerar descobertas em tratamentos para Alzheimer e outras doenças. Dada a sofisticação e a modularidade do modelo, as direções futuras de pesquisa são praticamente ilimitadas.
Li-Huei Tsai expressou otimismo sobre a possibilidade de criar miBrains personalizados para diferentes indivíduos, o que pode levar ao desenvolvimento de medicamentos que atendam especificamente às necessidades de cada paciente.
Em resumo, a pesquisa em torno dos miBrains promete trazer avanços significativos para o entendimento e tratamento de doenças neurológicas, além de abrir novas portas para a medicina personalizada, oferecendo um novo horizonte na pesquisa biomédica.
