As pequenas bolhas de tecido cerebral humano cultivado em laboratório eram apenas manchas, cada uma medindo alguns milímetros de diâmetro. Pesquisadores da Universidade de Stanford os fizeram cultivando células-tronco humanas em aglomerados tridimensionais de tecido. Chamadas de organoides cerebrais, essas estruturas simplificadas contêm algumas das células e propriedades de um cérebro humano real, oferecendo informações sobre o desenvolvimento e as condições neurológicas.
Mas não são tão complexas quanto a coisa real, então para aumentar seu realismo, pesquisadores em outros lugares tentaram transplantar organoides humanos no cérebro de roedores. Em experimentos anteriores, essas células não conseguiram se integrar ao cérebro dos animais. Desta vez, funcionou: os organoides formaram conexões com os circuitos cerebrais dos próprios animais, um sinal de que esses feixes de células podem desenvolver características mais sofisticadas.
A equipe de Stanford transplantou esses aglomerados de células humanas nos córtices somatossensoriais de ratos recém-nascidos – a área que processa informações sensoriais, como o toque, de todo o corpo. Ao longo de vários meses, os organoides cresceram para ocupar cerca de um terço do hemisfério dos cérebros dos ratos. A pesquisa foi publicada hoje na revista Nature. “Isso definitivamente impulsiona o que os organoides podem fazer em termos de sua integração funcional no cérebro”, diz H. Isaac Chen, professor assistente de neurocirurgia da Universidade da Pensilvânia, que não esteve envolvido no estudo.
Chen e outros já haviam tentado experimentos semelhantes em roedores adultos, mas esses organoides transplantados não amadureceram com sucesso. Na última tentativa, os cientistas de Stanford transplantaram os organoides no início do desenvolvimento, quando os circuitos neuronais dos ratos jovens não estavam totalmente formados. O cérebro adulto é muito menos plástico, o que significa que não é capaz de mudar e formar novas conexões com tanta facilidade. “O sistema nervoso tem uma maneira de interromper o desenvolvimento”, disse Sergiu Pasca, professor de psiquiatria e ciências comportamentais em Stanford e autor correspondente do estudo, em uma coletiva de imprensa antes da publicação do artigo. “Entramos e transplantamos antes que a capacidade das células de formar conexões tivesse parado.”
Em um afastamento de estudos anteriores, Pasca e seus colegas descobriram que os neurônios humanos transplantados cresciam fibras nervosas que se estendiam para o tecido cerebral do rato e formavam junções chamadas sinapses entre os neurônios do rato. Essas conexões não existem em organoides cerebrais cultivados em um prato, uma grande limitação que levou os cientistas a transplantar organoides em animais vivos.
“Sabemos que o cérebro se desenvolve e funciona recebendo atividade, seja de redes endógenas ou do mundo exterior por meio de estimulação sensorial do tecido”, diz Paola Arlotta, professora de células-tronco e biologia regenerativa da Universidade de Harvard, que não esteve envolvida na pesquisa de Stanford. Em um cérebro real, a estimulação sensorial é vital para formar vias neurais e promover o desenvolvimento normal.
Não apenas os organoides cresceram e se integraram ao tecido, mas também revelaram características não antes visto em organoides cultivados em um prato. Os pesquisadores de Stanford cultivaram alguns de seus organoides a partir de células retiradas de pacientes com síndrome de Timothy, uma doença genética grave que geralmente causa o mesmo tipo de atraso no desenvolvimento neurológico observado no autismo. Quando transplantados em ratos, os organoides desenvolveram dendritos anormais – os ramos semelhantes a árvores que se estendem dos neurônios e permitem que eles se comuniquem com outras células. Esses defeitos não foram vistos em experimentos organoides anteriores sem animais.
