Cientistas da Johns Hopkins cultivam um mini cérebro humano que se ilumina e se conecta como o real

“Criamos a próxima geração de organoides cerebrais,” disse a autora principal Annie Kathuria, professora assistente no Departamento de Engenharia Biomédica da JHU, que estuda o desenvolvimento cerebral e distúrbios neuropsiquiátricos. “A maioria dos organoides cerebrais que você vê em artigos representa uma região cerebral, como o córtex ou o cérebro posterior ou médio. Nós desenvolvemos um organoide de cérebro inteiro rudimentar; chamamos de organoide cerebral de múltiplas regiões (MRBO).”

A pesquisa, publicada na Advanced Science, marca uma das primeiras vezes que os cientistas conseguiram gerar um organoide com tecidos de cada região do cérebro interconectados e atuando em conjunto. Ter um modelo de cérebro baseado em células humanas abrirá possibilidades para estudar esquizofrenia, autismo e outras doenças neurológicas que afetam o cérebro como um todo – um trabalho que normalmente é realizado em modelos animais.

Para gerar um organoide de cérebro inteiro, Kathuria e os membros de sua equipe primeiro cultivaram células neurais das regiões separadas do cérebro e formas rudimentares de vasos sanguíneos em pratos de laboratório separados. Os pesquisadores então uniram as partes individuais com proteínas adesivas que funcionam como uma supercola biológica e permitiram que os tecidos formassem conexões. À medida que os tecidos começaram a se unir, eles começaram a produzir atividade elétrica e a responder como uma rede.

O mini organoide cerebral de múltiplas regiões manteve uma ampla gama de tipos de células neuronais, com características semelhantes a um cérebro de um feto humano de 40 dias. Cerca de 80% da variedade de tipos de células normalmente observadas nas primeiras etapas do desenvolvimento cerebral humano foram expressas igualmente nos cérebros miniaturizados criados em laboratório. Embora seja muito menor em comparação com um cérebro real – pesando entre 6 milhões e 7 milhões de neurônios em comparação com dezenas de bilhões em cérebros adultos – esses organoides oferecem uma plataforma única para estudar o desenvolvimento do cérebro como um todo.

Os pesquisadores também observaram a formação precoce da barreira hematoencefálica, uma camada de células que envolve o cérebro e controla quais moléculas podem passar por ela.

“Precisamos estudar modelos com células humanas se queremos entender distúrbios neurodesenvolvimentais ou distúrbios neuropsiquiátricos, mas não posso pedir a uma pessoa para me permitir dar uma olhada em seu cérebro apenas para estudar o autismo,” disse Kathuria. “Organoides de cérebro inteiro nos permitem observar o desenvolvimento de distúrbios em tempo real, ver se os tratamentos funcionam e até mesmo personalizar terapias para pacientes individuais.”

Usar organoides de cérebro inteiro para testar drogas experimentais também pode ajudar a melhorar a taxa de sucesso em ensaios clínicos, disseram os pesquisadores. Aproximadamente 85% a 90% dos medicamentos falham durante os ensaios clínicos da Fase 1. Para medicamentos neuropsiquiátricos, a taxa de falha é mais próxima de 96%. Isso ocorre porque os cientistas predominantemente estudam modelos animais durante as fases iniciais do desenvolvimento de medicamentos. Organoides de cérebro inteiro se assemelham mais ao desenvolvimento natural de um cérebro humano e provavelmente serão melhores sujeitos de teste.

“Doenças como esquizofrenia, autismo e Alzheimer afetam o cérebro como um todo, não apenas uma parte do cérebro. Se conseguirmos entender o que dá errado no início do desenvolvimento, poderemos encontrar novos alvos para triagem de medicamentos,” disse Kathuria. “Podemos testar novos medicamentos ou tratamentos nos organoides e determinar se eles estão realmente tendo um impacto nos organoides.”