Cientistas japoneses criam circuitos do cérebro humano em laboratório
Uma equipe de pesquisa no Japão conseguiu recriar com sucesso circuitos neurais humanos essenciais em laboratório, utilizando pequenos modelos cerebrais de múltiplas regiões chamados assembloides. Essas estruturas são cultivadas a partir de células-tronco pluripotentes induzidas (iPS) e foram projetadas para imitar como diferentes partes do cérebro humano se conectam e se comunicam. Usando esse sistema, os cientistas demonstraram que o tálamo desempenha um papel central na formação de circuitos neurais especializados dentro do córtex cerebral humano.
O estudo foi publicado na revista Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America.
Por que os Circuitos Neurais Corticais São Importantes
O córtex cerebral contém muitos tipos diferentes de neurônios que precisam se comunicar de maneira eficaz entre si e com outras regiões do cérebro. Essas conexões são essenciais para funções cerebrais fundamentais, incluindo percepção, pensamento e cognição.
Em pessoas com condições neurodesenvolvimentais, como o transtorno do espectro autista (TEA), esses circuitos corticais frequentemente se desenvolvem ou funcionam de maneira anormal. Por causa disso, entender como os circuitos neurais se formam e amadurecem é crítico para revelar as raízes biológicas desses distúrbios e para desenvolver novos tratamentos.
O Tálamo e Seu Papel na Conexão do Cérebro
Pesquisas anteriores em roedores mostraram que o tálamo desempenha um papel importante na organização de circuitos neurais no córtex. No entanto, como o tálamo e o córtex interagem durante a formação de circuitos no cérebro humano permaneceu em grande parte desconhecido.
Estudar esse processo diretamente em humanos é difícil devido a limitações éticas e técnicas na obtenção de tecido cerebral. Para superar esses desafios, os cientistas recorreram a organoides, que são estruturas tridimensionais cultivadas a partir de células-tronco que se assemelham a órgãos reais.
De Organoides a Assembloides
Embora organoides sejam úteis, um único organoide não pode capturar as complexas interações entre diferentes regiões cerebrais. Para estudar a formação de circuitos neurais de maneira mais realista, pesquisadores utilizam assembloides, que são criados pela combinação física de dois ou mais organoides.
O professor Fumitaka Osakada, o aluno de pós-graduação Masatoshi Nishimura e seus colegas da Escola de Ciências Farmacêuticas da Universidade de Nagoya desenvolveram assembloides que modelam interações entre o tálamo e o córtex.
A equipe primeiro gerou organoides corticais e talâmicos separados a partir de células iPS humanas. Esses organoides foram então fundidos, permitindo que os pesquisadores observassem como as duas regiões do cérebro interagem à medida que se desenvolvem.
Mini Circuitos Cerebrais que Comportam-se Como os Reais
Os pesquisadores observaram que fibras nervosas do tálamo cresciam em direção ao córtex, enquanto as fibras corticais se estendiam em direção ao tálamo. Essas fibras formaram sinapses entre si, se assemelhando de perto às conexões vistas no cérebro humano.
Para avaliar como essa interação afetou o desenvolvimento, a equipe comparou a expressão gênica na região cortical do assembloide com a de um organoide cortical isolado. O tecido cortical conectado ao tálamo apresentou sinais de maior maturidade, indicando que a comunicação entre o tálamo e o córtex promove o crescimento e o desenvolvimento cortical.
Os Sinais Talâmicos Impulsionam a Sincronização Neural
Os cientistas também examinaram como os sinais viajavam através do assembloide. Eles descobriram que a atividade neural se espalhava do tálamo para o córtex em padrões ondulatórios, criando atividade sincronizada em redes corticais.
Para entender quais neurônios estavam envolvidos, a equipe mediu a atividade em três tipos principais de neurônios excitatórios corticais: intratelencefálico (IT), trato piramidal (PT) e cortico-tálamico (CT).
Atividade sincronizada foi observada em neurônios PT e CT, ambos os quais enviam sinais de volta ao tálamo. Neurônios IT, que não se projetam para o tálamo, não mostraram a mesma sincronização. Isso sugere que a entrada talâmica fortalece seletivamente tipos de neurônios específicos, ajudando-os a formar redes coordenadas e amadurecer funcionalmente.
Uma Nova Ferramenta para Estudar Distúrbios Cerebrais
Ao recriar com sucesso circuitos neurais humanos usando assembloides, os pesquisadores estabeleceram uma nova plataforma poderosa para estudar como os circuitos cerebrais se formam, funcionam e diferem entre os tipos celulares.
Osakada explicou a importância mais ampla do trabalho, afirmando: “Fizemos progressos significativos na abordagem construtivista para entender o cérebro humano ao reproduzi-lo. Acreditamos que essas descobertas ajudarão a acelerar a descoberta de mecanismos subjacentes a distúrbios neurológicos e psiquiátricos, bem como o desenvolvimento de novas terapias.”
