Cientistas implantam neurônios humanos em cérebros de ratos

Pedaços de tecido cerebral humano cultivados em laboratório foram transplantados com sucesso em filhotes de ratos, um feito impressionante da engenharia biológica que pode fornecer modelos mais realistas para condições como o autismo e outros distúrbios neuropsiquiátricos, além de servir como uma maneira de restaurar cérebros lesionados.

Um artigo publicado na revista Nature descreve o experimento, por meio do qual organoides 3D, desenvolvidos a partir de células-tronco para se assemelhar a um modelo simplificado do córtex humano, foram conectados e integrados com o tecido circundante no córtex de cada rato para formar uma parte funcional do cérebro do próprio roedor, exibindo atividade relacionada à percepção sensorial.

Isso, de acordo com o líder do estudo, o neurocientista Sergiu Paşca, da Universidade de Stanford, nos EUA, supera as limitações típicas dos organoides cultivados, fornecendo uma nova plataforma para modelar o desenvolvimento cerebral humano em um sistema vivo.

“A maior parte do trabalho que meu laboratório vem fazendo foi motivada por essa missão de tentar entender os transtornos psiquiátricos no nível biológico para que possamos realmente encontrar terapias eficazes”, explicou Paşca em uma coletiva de imprensa. “Muitas dessas condições psiquiátricas, como autismo e esquizofrenia, são provavelmente exclusivamente humanas, ou pelo menos, estão ancoradas em características únicas do cérebro humano. E o cérebro humano certamente não tem sido muito acessível, o que impediu o progresso que temos feito na compreensão da biologia dessas condições”.

Em 2009, os cientistas tiveram um progresso: células cerebrais cultivadas a partir de células-tronco pluripotentes induzidas. As células maduras colhidas de humanos adultos foram projetadas reversas (ou induzidas) para devolvê-las ao estado ‘em branco’ das células-tronco – a forma que as células tomam antes de crescerem em células com especializações, como células da pele ou cardíacas.

Essas células-tronco, então, foram guiadas a desenvolver-se em células cerebrais, que os cientistas cultivaram para formar pedaços de tecido cerebral – os chamados organoides. Esses modelos de áreas-chave da anatomia cerebral, como o córtex externo enrugado, poderiam ser usados para estudar funções e desenvolvimento cerebrais de perto.

Por mais úteis que sejam, organoides in vitro têm limitações. Por não estarem conectados a sistemas vivos, eles não amadurecem completamente, tirando dos pesquisadores a oportunidade de observar como eles se integram com outras partes principais de um cérebro.

Além disso, um organoide cerebral em um prato de laboratório não pode revelar as consequências comportamentais de quaisquer defeitos que os cientistas possam identificar. Uma vez que os transtornos psiquiátricos são definidos pelo comportamento, isso reduz a capacidade de identificar as características fisiológicas desses transtornos.

Cérebros de ratos adultos não responderam adequadamente

Em pesquisas anteriores, cientistas tentaram superar esses obstáculos implantando organoides cerebrais humanos no cérebro de ratos adultos. Por causa da incompatibilidade de desenvolvimento, os transplantes não vingaram: os neurônios em desenvolvimento no organoide não poderiam formar uma forte conexão com a rede totalmente desenvolvida de um cérebro de rato adulto.

Em razão disso, Paşca e seus colegas resolveram enxertar o tecido cerebral humano no cérebro de ratos recém-nascidos, que ainda não se desenvolveram totalmente.

Assim, organoides corticais humanos foram cultivados em um prato e depois transplantados diretamente no córtex somatossensorial (a área do cérebro responsável pelo recebimento e processamento de informações sensoriais) de filhotes de ratos com apenas alguns dias de idade.

Ratos são totalmente maduros sexualmente entre 6 e 12 semanas, e os cientistas deixaram as cobaias em descanso por 140 dias, para então analisar os resultados.

Os pesquisadores tinham geneticamente projetado os organoides para responder à simulação de luz azul, ativando neurônios quando a luz azul brilhava sobre eles. Esse estímulo nos neurônios humanos foi realizado enquanto os ratos estavam sendo treinados para lamber um bico para beber água.

Mais tarde, quando a luz azul brilhava sobre os organoides, os ratos lambiam automaticamente – exibindo uma resposta não vista em grupos de controle.

Isso indicou que não só o organoide estava funcionando já como parte do cérebro dos ratos, como poderia ajudar a impulsionar o comportamento em busca de recompensas.