Pesquisadores alcançaram um marco pioneiro ao desenvolver o primeiro tecido cerebral funcional impresso em 3D, capaz de crescer e estabelecer conexões de maneira análoga ao tecido cerebral humano genuíno.
Essa conquista notável, realizada por uma equipe da Universidade de Wisconsin-Madison, oferece aos neurocientistas uma nova ferramenta para investigar a comunicação entre as células cerebrais e outras regiões do cérebro humano. Essa inovação promissora pode abrir caminho para abordagens mais eficazes no tratamento de condições como Alzheimer e Parkinson.
“Poderá mudar a forma como olhamos para a biologia das células estaminais, a neurociência e a patogénese de muitas doenças neurológicas e psiquiátricas”, afirma o neurocientista Su-Chun Zhang, autor sénior de um novo artigo que descreve a investigação.
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Zhang e sua equipe afirmam que seu novo método pode ser amplamente adotado por muitos laboratórios, pois não requer equipamentos especiais de bioimpressão. Além disso, o tecido é fácil de manter saudável e pode ser examinado usando microscópios e outros equipamentos comumente encontrados na maioria dos laboratórios.
A bioimpressão 3D, um processo controlado por computador que constrói estruturas vivas por meio da sobreposição de camadas de materiais, células e outros componentes, possui um vasto potencial para criar tecidos que imitam e, em alguns casos, substituem tecidos reais.
"“Uma vez que podemos imprimir o tecido por desenho, podemos ter um sistema definido para analisar o funcionamento da nossa rede cerebral humana”, afirma Zhang. “Podemos ver muito especificamente como as células nervosas falam umas com as outras em determinadas condições”.
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Para compreender as complexas redes cerebrais humanas e explorar questões relacionadas à saúde e doenças, os pesquisadores destacam a necessidade de um modelo confiável de tecido neural humano vivo. Eles ressaltam que os modelos animais não conseguem reproduzir completamente a intricada complexidade do cérebro.
Contudo, imprimir tecidos cerebrais humanos funcionais tem sido um desafio. Até o momento, a maioria dos tecidos impressos em 3D carece de conexões adequadas entre as células. É crucial que os neurônios amadureçam enquanto mantêm a integridade estrutural do tecido, e as células de suporte, como os astrócitos, desempenham um papel vital no funcionamento adequado do tecido.
Em tentativas anteriores, foram utilizados suportes não biodegradáveis, o que dificultava a migração das células neurais. Em contraste com abordagens convencionais de empilhamento vertical, a equipe adotou camadas horizontais de neurônios derivados de células-tronco pluripotentes induzidas, dispostas em um gel de “bio-tinta” mais maleável do que os métodos anteriores.
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As células de tecido impressas pela equipe conseguiram estabelecer redes semelhantes às do cérebro dentro e entre as camadas em questão de semanas. Os neurônios demonstraram capacidade de comunicação, envio de sinais, uso de neurotransmissores e até formação de redes com células de suporte adicionais.
“O tecido ainda tem estrutura suficiente para se manter unido, mas é suficientemente macio para permitir que os neurónios cresçam uns nos outros e comecem a falar uns com os outros”, explica Zhang.
“Mesmo quando imprimimos diferentes células pertencentes a diferentes partes do cérebro, elas conseguiram falar umas com as outras de uma forma muito especial e específica”.
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De acordo com ele, a abordagem de estudar um único elemento de cada vez resulta na perda de componentes cruciais, uma vez que o cérebro opera em rede. A impressão de tecido cerebral dessa maneira possibilita uma visão mais nítida das interações celulares.
“Imprimimos o córtex cerebral e o corpo do corpo e o que encontrámos foi bastante surpreendente”, diz Zhang.
Foi constatado que os axônios que se estendem no tecido cerebral impresso refletem o padrão observado no cérebro humano, onde os neurônios corticais projetam axônios para o estriado.
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A precisão deste método de impressão 3D possibilita o controle dos tipos e da disposição das células, diferentemente dos órgãos em miniatura cultivados em laboratório, conhecidos como organoides cerebrais, que são usados na pesquisa cerebral.
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Entretanto, o protótipo não consegue direcionar os neurônios maduros e o tecido impresso não replica a estrutura natural encontrada nos organoides cerebrais. No entanto, Zhang e seus colegas destacam que ele complementa os organoides como uma ferramenta útil para estudar o cérebro em diversas condições.
“Pode ser utilizado para analisar os mecanismos moleculares subjacentes ao desenvolvimento do cérebro, ao desenvolvimento humano, às deficiências de desenvolvimento, às doenças neurodegenerativas, etc.”, explica Zhang.
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A equipe tem como objetivo aprimorar seu processo para desenvolver tecidos cerebrais mais específicos, com células direcionáveis.
O estudo foi publicado na revista Cell Stem Cell.
Via: Sciencealert