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Os pesquisadores produziram um tecido projetado que representa um córtex cerebral simplificado por meio da impressão 3D de células-tronco humanas. Quando implantadas em fatias de cérebro de camundongo, as estruturas foram integradas ao tecido hospedeiro.
A técnica inovadora desenvolvida por pesquisadores da Universidade de Oxford poderá um dia fornecer reparos personalizados para aqueles que sofrem lesões cerebrais. Os pesquisadores demonstraram pela primeira vez que as células neurais podem ser impressas em 3D para imitar a arquitetura do córtex cerebral. Os resultados foram publicados hoje na revista Comunicações da Natureza.
Lesões cerebrais, incluindo as causadas por trauma, acidente vascular cerebral e cirurgia para tumores cerebrais, resultam normalmente em danos significativos no córtex cerebral (a camada externa do cérebro humano), levando a dificuldades de cognição, movimento e comunicação. Por exemplo, todos os anos, cerca de 70 milhões de pessoas em todo o mundo sofrem de lesão cerebral traumática (TCE), sendo 5 milhões destes casos graves ou fatais. Atualmente, não existem tratamentos eficazes para lesões cerebrais graves, acarretando sérios impactos na qualidade de vida.
As terapias regenerativas de tecidos, especialmente aquelas em que os pacientes recebem implantes derivados das suas próprias células estaminais, podem ser uma via promissora para tratar lesões cerebrais no futuro. Até agora, porém, não houve nenhum método para garantir que as células-tronco implantadas imitassem a arquitetura do cérebro.
Neste novo estudo, os pesquisadores da Universidade de Oxford fabricaram um tecido cerebral de duas camadas por meio da impressão 3D de células-tronco neurais humanas. Quando implantadas em fatias de cérebro de camundongo, as células mostraram uma integração estrutural e funcional convincente com o tecido hospedeiro.
O autor principal, Dr. Yongcheng Jin (Departamento de Química da Universidade de Oxford), disse: “Este avanço marca um passo significativo em direção à fabricação de materiais com toda a estrutura e função dos tecidos cerebrais naturais. O trabalho proporcionará uma oportunidade única para explorar o funcionamento do córtex humano e, a longo prazo, oferecerá esperança aos indivíduos que sofrem lesões cerebrais”.
A estrutura cortical foi feita a partir de células-tronco pluripotentes induzidas por humanos (hiPSCs), que têm potencial para produzir os tipos de células encontrados na maioria dos tecidos humanos. Uma vantagem importante do uso de hiPSCs para reparo tecidual é que elas podem ser facilmente derivadas de células colhidas dos próprios pacientes e, portanto, não desencadeariam uma resposta imunológica.
Os hiPSCs foram diferenciados em células progenitoras neurais para duas camadas diferentes do córtex cerebral, usando combinações específicas de fatores de crescimento e produtos químicos. As células foram então suspensas em solução para gerar duas “biotintas”, que foram então impressas para produzir uma estrutura de duas camadas. Em cultura, os tecidos impressos mantiveram a sua arquitetura celular em camadas durante semanas, conforme indicado pela expressão de biomarcadores específicos da camada.
Quando os tecidos impressos foram implantados em fatias de cérebro de camundongo, eles mostraram forte integração, como demonstrado pela projeção de processos neurais e pela migração de neurônios através da fronteira implante-hospedeiro. As células implantadas também apresentaram atividade de sinalização, que se correlacionou com a das células hospedeiras. Isto indica que as células humanas e de ratinho estavam a comunicar entre si, demonstrando integração funcional e estrutural.
Os pesquisadores agora pretendem refinar ainda mais a técnica de impressão de gotículas para criar tecidos complexos de córtex cerebral com múltiplas camadas que imitem de forma mais realista a arquitetura do cérebro humano. Além do seu potencial para reparar lesões cerebrais, estes tecidos modificados podem ser utilizados na avaliação de medicamentos, em estudos de desenvolvimento cerebral e para melhorar a nossa compreensão da base da cognição.
O novo avanço baseia-se no histórico de uma década da equipe na invenção e patenteamento de tecnologias de impressão 3D para tecidos sintéticos e células cultivadas.
A autora sênior, Dra. Linna Zhou (Departamento de Química da Universidade de Oxford), disse: ‘Nossa técnica de impressão de gotas fornece um meio de projetar tecidos 3D vivos com arquiteturas desejadas, o que nos aproxima da criação de tratamentos de implantação personalizados para lesões cerebrais.’
O autor sênior, Professor Associado Francis Szele (Departamento de Fisiologia, Anatomia e Genética, Universidade de Oxford) acrescentou: “O uso de fatias cerebrais vivas cria uma plataforma poderosa para interrogar a utilidade da impressão 3D no reparo cerebral. É uma ponte natural entre o estudo in vitro do desenvolvimento da coluna cortical impressa em 3D e sua integração no cérebro em modelos animais de lesão”.
O autor sênior, Professor Zoltán Molnár (Departamento de Fisiologia, Anatomia e Genética da Universidade de Oxford), disse: “O desenvolvimento do cérebro humano é um processo delicado e elaborado com uma coreografia complexa. Seria ingênuo pensar que podemos recriar toda a progressão celular em laboratório. No entanto, o nosso projeto de impressão 3D demonstra um progresso substancial no controle dos destinos e arranjos das iPSCs humanas para formar as unidades funcionais básicas do córtex cerebral”.
O autor sênior, Professor Hagan Bayley (Departamento de Química da Universidade de Oxford), disse: ‘Este empreendimento futurista só poderia ter sido alcançado pelas interações altamente multidisciplinares incentivadas pela Martin School de Oxford, envolvendo o Departamento de Química de Oxford e o Departamento de Fisiologia, Anatomia e Genética.’
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