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.

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”.

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.

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”.

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.

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.

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