Minicérebros criados em laboratório produzem ondas cerebrais

Em estudo liderado por pesquisador paulista, “cérebros” minúsculos produziram ondas semelhantes às de bebês prematuros

Seção tranversal de um organoide cerebral. Cada cor representa um tipo de célula cerebral diferente. Foto: Muotri Lab-UCTV

Cérebros miniaturizados criados por cientistas nos Estados Unidos a partir de células-tronco desenvolveram pela primeira vez redes neurais funcionais e produziram ondas cerebrais semelhantes às de bebês prematuros. Um artigo sobre esse estudo foi publicado em 29 de agosto na revista “Cell Stem Cell”.

Denominados organoides cerebrais, esses cérebros, do tamanho de ervilhas, derivam de células-tronco pluripotentes humanas. Depositadas em uma cultura que imita o ambiente do desenvolvimento cerebral, as células-tronco se diferenciam em tipos variados de células cerebrais. Estas então se auto-organizam em uma estrutura tridimensional semelhante ao cérebro humano em desenvolvimento.

As redes neurais aparecem quando os neurônios estão maduros e se interconectam, e são essenciais para a maioria das atividades cerebrais.

“O nível de atividade neural que estamos vendo é inédito”, diz o biólogo paulista Alysson Muotri, professor da Universidade da Califórnia em San Diego (UCSD). “Estamos um passo mais perto de ter um modelo que possa realmente gerar esses estágios iniciais de uma sofisticada rede neural.”

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Muotri e seus colegas criaram um procedimento para cultivar células-tronco que inclui a otimização da fórmula do meio de cultura. Com tais ajustes, seus organoides ficaram mais maduros que os modelos anteriores. A equipe cultivou centenas de organoides por dez meses e monitorou suas atividades neurais usando matrizes de vários eletrodos.

Foram notadas rajadas de ondas cerebrais de organoides depois de aproximadamente dois meses. Os sinais eram escassos e tinham a mesma frequência, um padrão observado em cérebros humanos muito imaturos. Conforme cresciam, os organoides produziam ondas cerebrais em diferentes frequências e os sinais apareciam com mais regularidade. Isso sugere que os organoides desenvolveram ainda mais suas redes neurais.

Mais conexões

“Isso é resultado de ter mais sinapses funcionais e você está formando mais conexões entre os neurônios”, diz Muotri. De acordo com ele, as interações entre neurônios contribuem para sinais em várias frequências.

A fim de comparar os padrões de ondas cerebrais dos organoides com os do cérebro humano no início do desenvolvimento, a equipe treinou um algoritmo de aprendizado de máquina com ondas cerebrais registradas em 39 bebês prematuros entre seis e nove meses e meio de idade. O algoritmo foi capaz de prever quantas semanas os organoides se desenvolveram em cultura. O dado sugere que esses organoides e o cérebro humano compartilham uma trajetória de crescimento semelhante.

Muotri ressalva, porém, que não é provável que esses organoides tenham atividades mentais, como a consciência. “O organoide ainda é um modelo muito rudimentar – não temos outras partes e estruturas cerebrais”, afirma. “Portanto, essas ondas cerebrais podem não ter nada a ver com atividades em cérebros reais.”

“Pode ser que, no futuro, tenhamos algo muito próximo dos sinais nos cérebros humanos que controlam comportamentos, pensamentos ou memória”, diz o biólogo. “Mas não acho que tenhamos nenhuma evidência agora para dizer que temos alguma dessas.”

Os cientistas pretendem melhorar ainda mais os organoides e usá-los para entender doenças associadas ao mau funcionamento da rede neural, como autismo, epilepsia e esquizofrenia.

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