Cientistas fazem tecido cerebral humano crescer em ratos e descobrem novas pistas para a neurologia

Um experimento realizado por cientistas da Universidade de Stanford, nos Estados Unidos, conseguiu fazer tecido cerebral humano crescer dentro do cérebro de camundongos geneticamente modificados. O trabalho, publicado na revista científica Nature, pode ajudar pesquisadores a entender melhor como surgem e evoluem doenças neurológicas e psiquiátricas.

Os cientistas transplantaram estruturas chamadas organoides corticais, pequenos tecidos tridimensionais produzidos em laboratório a partir de células humanas, em camundongos recém-nascidos. Em cerca de três meses, o tecido humano chegou a ocupar mais de 90% do espaço disponível no córtex cerebral dos animais.

Mais do que simplesmente sobreviver, o tecido transplantado desenvolveu vasos sanguíneos, apresentou atividade elétrica e estabeleceu conexões funcionais com o sistema nervoso dos camundongos. Algumas dessas conexões chegaram até a medula espinhal.

Por que os cientistas fizeram o transplante

Os chamados organoides cerebrais já são utilizados para estudar o desenvolvimento do cérebro humano, mas apresentam limitações importantes quando cultivados isoladamente em laboratório.

Essas estruturas não possuem uma irrigação sanguínea completa, não recebem estímulos sensoriais de um organismo e não conseguem controlar músculos. Por isso, os pesquisadores buscavam uma maneira de colocar tecido cerebral humano em um ambiente vivo, onde ele pudesse receber sinais e interagir com outras estruturas do sistema nervoso.

Para isso, a equipe criou camundongos que não desenvolveram grande parte do córtex cerebral e do hipocampo. Esses animais receberam os organoides humanos pouco depois do nascimento.

O resultado foi um modelo chamado pelos pesquisadores de camundongo xenocortical, no qual grande parte do tecido cortical presente no cérebro tem origem humana.

O tecido humano criou conexões com o cérebro dos animais

Ao longo dos meses, os organoides cresceram junto com os camundongos e ocuparam grande parte do espaço que estaria disponível para o córtex.

Mesmo aos seis meses, porém, o tecido ainda apresentava características de desenvolvimento. Segundo os pesquisadores, ele se parecia aproximadamente com uma região do córtex humano em meados da gestação e ainda não apresentava a organização encontrada em um cérebro adulto.

Apesar disso, o tecido produziu diferentes tipos de neurônios humanos. Entre eles estavam neurônios capazes de realizar conexões de longo alcance e células semelhantes às chamadas neurônios de von Economo.

Essas células são especialmente interessantes para os pesquisadores porque são raras no cérebro humano e já foram relacionadas a regiões afetadas pela demência frontotemporal. No estudo, elas puderam ser observadas dentro do tecido transplantado.

O experimento não criou camundongos 'superinteligentes'

A presença de tecido cerebral humano poderia levantar dúvidas sobre possíveis alterações nas capacidades dos animais. Os pesquisadores, porém, destacaram que o experimento não transformou os camundongos em seres humanos.

Sergiu Pașca, neurocientista de Stanford e responsável pelo estudo, explicou que os animais continuam sendo camundongos.

"Eles possuem um sistema nervoso, órgãos sensoriais e estruturas subcorticais de camundongo. O que é incomum é que a maior parte do tecido cortical presente nesses animais é de origem humana e que os neurônios humanos crescem, se integram e formam conexões funcionais com o restante do sistema nervoso do camundongo", afirmou.

A neurobióloga do desenvolvimento Madeline Lancaster, da Universidade de Cambridge, que não participou da pesquisa, também destacou que o momento do transplante é importante. As células humanas foram inseridas depois que a estrutura cerebral básica dos camundongos já havia se formado.

Testes de comportamento também não indicaram que o tecido humano tivesse tornado os animais mais inteligentes. "O objetivo aqui obviamente não é criar um camundongo superinteligente", afirmou Lancaster. Segundo ela, a intenção é colocar tecido cerebral humano em um organismo vivo para compreender melhor a biologia do cérebro e as doenças neurológicas.

Camundongos foram submetidos a testes de memória

Para avaliar os animais, os pesquisadores utilizaram um labirinto em formato de Y. O teste permite analisar a chamada memória de trabalho, já que os camundongos normalmente tendem a explorar um braço diferente daquele que acabaram de visitar.

Os animais sem alterações apresentaram desempenho acima do esperado pelo acaso. Já os camundongos que não desenvolveram grande parte do córtex e do hipocampo tiveram dificuldades na tarefa.

Os animais que receberam tecido cerebral humano, por outro lado, também apresentaram desempenho acima do acaso.

Pașca, no entanto, pediu cautela na interpretação desse resultado. "Devemos ser cautelosos antes de concluir, apenas a partir disso, que os neurônios humanos são diretamente responsáveis pelo comportamento", afirmou.

A equipe ainda precisa investigar quais conexões formadas pelo tecido humano podem estar relacionadas ao desempenho observado.

Pesquisa pode ajudar a estudar autismo, epilepsia e demência

Uma das possibilidades apontadas pelos pesquisadores é utilizar o novo modelo para estudar doenças que afetam o cérebro humano e que são difíceis de reproduzir em animais ou em organoides isolados.

Na demência frontotemporal, por exemplo, os cientistas poderão investigar se os neurônios semelhantes às células de von Economo apresentam uma vulnerabilidade específica e testar possíveis formas de protegê-los.

O modelo também pode ser usado em pesquisas sobre epilepsia. Nesse caso, os cientistas poderão observar se determinadas células humanas produzem atividades anormais nos circuitos cerebrais e investigar se essas alterações podem ser reduzidas por tratamentos.

Em transtornos do neurodesenvolvimento, como o autismo, a técnica pode permitir que pesquisadores estudem alterações específicas nos circuitos do córtex humano e verifiquem se elas provocam mudanças funcionais ou comportamentais no animal.

Os pesquisadores ressaltam, porém, que o modelo não pretende substituir outros métodos utilizados atualmente. A proposta é oferecer uma ferramenta adicional para situações que os organoides e outros sistemas de laboratório não conseguem reproduzir completamente.

Estudo também levantou questões éticas

A criação de animais com tecido cerebral humano trouxe questões éticas que foram consideradas durante o desenvolvimento da pesquisa.

Além das avaliações normalmente realizadas em experimentos com animais, o trabalho contou com especialistas em bioética e um grupo externo formado por neurocientistas, especialistas em ética, juristas e representantes de pacientes.

Segundo Pașca, a equipe acompanhou especialmente a possibilidade de surgirem alterações inesperadas no comportamento dos animais.