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Cientistas conectaram organoides do cérebro humano ao sistema nervoso de ratos, influenciando as sensações e comportamentos dos animais

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Cientistas transplantaram com sucesso grupos de neurônios1 humanos em cérebros de ratos recém-nascidos, um feito impressionante de engenharia biológica que pode fornecer modelos mais realistas para condições neurológicas como o autismo e servir como uma maneira de restaurar cérebros lesionados.

Em um estudo publicado na revista Nature, pesquisadores de Stanford relataram que os aglomerados de células2 humanas, conhecidos como “organoides”, cresceram em milhões de novos neurônios1 e se conectaram em seus novos sistemas nervosos. Uma vez que os organoides se conectaram ao cérebro3 dos ratos, os animais puderam receber sinais4 sensoriais de seus bigodes e ajudar a gerar sinais4 de comando para orientar seus movimentos.

O Dr. Sergiu Pasca, o neurocientista que liderou a pesquisa, disse que ele e seus colegas estavam agora usando os neurônios1 transplantados para aprender sobre a biologia subjacente ao autismo, esquizofrenia5 e outros distúrbios do desenvolvimento.

“Se realmente queremos abordar a biologia dessas condições, precisaremos de modelos mais complexos do cérebro3 humano”, disse Pasca.

Leia sobre "Neurociência - o que ela estuda" e "O papel dos neurotransmissores no organismo".

O Dr. Pasca e sua equipe escolheram transplantar os organoides em roedores jovens em vez de adultos. Um ou dois dias após o nascimento de um rato, os cientistas injetaram um organoide do tamanho de uma semente de papoula em uma região do cérebro3 chamada córtex somatossensorial, que processa o toque, a dor e outros sinais4 de todo o corpo. Em ratos, a região é especialmente sensível aos sinais4 de seus bigodes.

Os neurônios1 humanos se multiplicaram no cérebro3 do rato até chegarem a cerca de três milhões, constituindo cerca de um terço do córtex de um lado do cérebro3 do rato. Cada célula6 do organoide cresceu seis vezes mais do que teria crescido em uma placa7 de Petri. As células2 também se tornaram tão ativas quanto os neurônios1 nos cérebros humanos.

Ainda mais impressionante, os organoides humanos se conectaram espontaneamente ao cérebro3 do rato. Eles se conectaram não apenas aos neurônios1 próximos, mas também aos distantes.

Essas conexões tornaram os neurônios1 humanos sensíveis aos sentidos do rato. Quando os pesquisadores sopraram ar sobre os bigodes do rato, o organoide humano respondeu ao estímulo.

Dr. Pasca e seus colegas também realizaram experimentos para ver como os organoides afetavam o comportamento dos ratos, usando uma fonte de água em suas câmaras.

Após 15 dias de treinamento, os ratos aprenderam que podiam tomar uma bebida da fonte quando seu organoide era estimulado. Os organoides humanos aparentemente estavam enviando mensagens para as regiões de busca de recompensas do cérebro3 dos ratos.

A equipe do Dr. Pasca não encontrou evidências de que os ratos sentiram dor, ficaram propensos a convulsões ou sofreram perda de memória ou controle de seus movimentos. “Acontece que os ratos toleram muito bem o enxerto8 humano”, disse o Dr. Pasca.

No artigo publicado, os pesquisadores relatam a maturação e integração de circuitos de organoides corticais humanos transplantados.

Eles contextualizam que os organoides neurais auto-organizados representam uma plataforma in vitro promissora para modelar o desenvolvimento humano e a doença. No entanto, os organoides carecem da conectividade que existe in vivo, o que limita a maturação e impossibilita a integração com outros circuitos que controlam o comportamento.

Neste estudo, mostrou-se que os organoides corticais derivados de células-tronco9 humanas transplantados para o córtex somatossensorial de ratos atímicos recém-nascidos desenvolvem tipos de células2 maduras que se integram em circuitos sensoriais e relacionados à motivação.

A ressonância magnética10 revela o crescimento do organoide pós-transplante em várias linhagens de células-tronco9 e animais, enquanto o perfil de núcleo único mostra a progressão da corticogênese e o surgimento de programas de transcrição dependentes de atividade.

De fato, os neurônios1 corticais transplantados apresentam propriedades morfológicas, sinápticas e intrínsecas de membrana mais complexas do que suas contrapartes in vitro, o que permite a descoberta de defeitos em neurônios1 derivados de indivíduos com síndrome11 de Timothy.

Traçados anatômicos e funcionais mostram que organoides transplantados recebem estímulos talamocorticais e corticocorticais, e registros in vivo da atividade neural demonstram que esses estímulos podem produzir respostas sensoriais em células2 humanas.

Finalmente, os organoides corticais estendem os axônios12 por todo o cérebro3 do rato e sua ativação optogenética pode impulsionar o comportamento de busca de recompensa.

Assim, os neurônios1 corticais humanos transplantados amadurecem e envolvem circuitos hospedeiros que controlam o comportamento. Prevê-se que essa abordagem será útil para detectar fenótipos em nível de circuito em células2 derivadas de pacientes que não podem ser descobertos de outra forma.

Veja também sobre "Neuroplasticidade cerebral" e "Células-tronco9".

 

Fontes:
Nature, publicação em 12 de outubro de 2022.
The New York Times, notícia publicada em 12 de outubro de 2022.

 

NEWS.MED.BR, 2022. Cientistas conectaram organoides do cérebro humano ao sistema nervoso de ratos, influenciando as sensações e comportamentos dos animais. Disponível em: <https://www.news.med.br/p/medical-journal/1428280/cientistas-conectaram-organoides-do-cerebro-humano-ao-sistema-nervoso-de-ratos-influenciando-as-sensacoes-e-comportamentos-dos-animais.htm>. Acesso em: 5 fev. 2023.

Complementos

1 Neurônios: Unidades celulares básicas do tecido nervoso. Cada neurônio é formado por corpo, axônio e dendritos. Sua função é receber, conduzir e transmitir impulsos no SISTEMA NERVOSO. Sinônimos: Células Nervosas
2 Células: Unidades (ou subunidades) funcionais e estruturais fundamentais dos organismos vivos. São compostas de CITOPLASMA (com várias ORGANELAS) e limitadas por uma MEMBRANA CELULAR.
3 Cérebro: Derivado do TELENCÉFALO, o cérebro é composto dos hemisférios direito e esquerdo. Cada hemisfério contém um córtex cerebral exterior e gânglios basais subcorticais. O cérebro inclui todas as partes dentro do crânio exceto MEDULA OBLONGA, PONTE e CEREBELO. As funções cerebrais incluem as atividades sensório-motora, emocional e intelectual.
4 Sinais: São alterações percebidas ou medidas por outra pessoa, geralmente um profissional de saúde, sem o relato ou comunicação do paciente. Por exemplo, uma ferida.
5 Esquizofrenia: Doença mental do grupo das Psicoses, caracterizada por alterações emocionais, de conduta e intelectuais, caracterizadas por uma relação pobre com o meio social, desorganização do pensamento, alucinações auditivas, etc.
6 Célula: Unidade funcional básica de todo tecido, capaz de se duplicar (porém algumas células muito especializadas, como os neurônios, não conseguem se duplicar), trocar substâncias com o meio externo à célula, etc. Possui subestruturas (organelas) distintas como núcleo, parede celular, membrana celular, mitocôndrias, etc. que são as responsáveis pela sobrevivência da mesma.
7 Placa: 1. Lesão achatada, semelhante à pápula, mas com diâmetro superior a um centímetro. 2. Folha de material resistente (metal, vidro, plástico etc.), mais ou menos espessa. 3. Objeto com formato de tabuleta, geralmente de bronze, mármore ou granito, com inscrição comemorativa ou indicativa. 4. Chapa que serve de suporte a um aparelho de iluminação que se fixa em uma superfície vertical ou sobre uma peça de mobiliário, etc. 5. Placa de metal que, colocada na dianteira e na traseira de um veículo automotor, registra o número de licenciamento do veículo. 6. Chapa que, emitida pela administração pública, representa sinal oficial de concessão de certas licenças e autorizações. 7. Lâmina metálica, polida, usualmente como forma em processos de gravura. 8. Área ou zona que difere do resto de uma superfície, ordinariamente pela cor. 9. Mancha mais ou menos espessa na pele, como resultado de doença, escoriação, etc. 10. Em anatomia geral, estrutura ou órgão chato e em forma de placa, como uma escama ou lamela. 11. Em informática, suporte plano, retangular, de fibra de vidro, em que se gravam chips e outros componentes eletrônicos do computador. 12. Em odontologia, camada aderente de bactérias que se forma nos dentes.
8 Enxerto: 1. Na agricultura, é uma operação que se caracteriza pela inserção de uma gema, broto ou ramo de um vegetal em outro vegetal, para que se desenvolva como na planta que o originou. Também é uma técnica agrícola de multiplicação assexuada de plantas florais e frutíferas, que permite associar duas plantas diferentes, mas gerações próximas, muito usada na produção de híbridos, na qual uma das plantas assegura a nutrição necessária à gema, ao broto ou ao ramo da outra, cujas características procura-se desenvolver; enxertia. 2. Na medicina, é a transferência especialmente de células ou de tecido (por exemplo, da pele) de um local para outro do corpo de um mesmo indivíduo ou de um indivíduo para outro.
9 Células-tronco: São células primárias encontradas em todos os organismos multicelulares que retêm a habilidade de se renovar por meio da divisão celular mitótica e podem se diferenciar em uma vasta gama de tipos de células especializadas.
10 Ressonância magnética: Exame que fornece imagens em alta definição dos órgãos internos do corpo através da utilização de um campo magnético.
11 Síndrome: Conjunto de sinais e sintomas que se encontram associados a uma entidade conhecida ou não.
12 Axônios: Prolongamento único de uma célula nervosa. Os axônios atuam como condutores dos impulsos nervosos e só possuem ramificações na extremidade. Em toda sua extensão, o axônio é envolvido por um tipo celular denominado célula de Schwann.
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