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Vasos sanguíneos aumentam potencial de pesquisa de cérebros artificiais

Surgimento de vasculatura abre caminho para pesquisa sobre derrames e outros males associados à circulação  

Hoffman-Kim lab/Brown University
Sob o microscópio, destaca-se uma rede de vasculatura em meio a bola de neurônios que compõem um mini cérebro.

Recentemente, pesquisadores têm produzido uma variedade maravilhosa de mini-cérebros – culturas tridimensionais de células neurais que modelam as propriedades básicas dos cérebros vivos – mas uma nova descoberta pode trazer uma nova via a esse campo tão movimentado: os mini-cérebros produzidos na Universidade Brown agora são capazes de desenvolver vasos sanguíneos também.

A redes de capilares dentro das pequenas “bolinhas’’ feitas de células do sistema nervoso poderão eventualmente levar a pesquisas laboratoriais inovadoras e em larga escala sobre males como derrames e concussões, nos quais a interação entre o cérebro e o seu sistema circulatório ocupa um lugar central, diz Diane Hoffman-Kim, autora sênior do estudo publicado em The Journal of Neuroscience Methods. Essencialmente, a vasculatura faz dos mini-cérebros modelos mais realistas.   

“Essa descoberta nos entusiasma porque o cérebros de verdade têm vasculatura”, diz Hoffman-Kim, professora associada de medicina e engenharia na Universidade Brown. “Nós dependemos dela. Para que nossos neurônios funcionem, devem estar próximos a algum vaso sanguíneo. Se vamos estudar modelos laboratoriais do cérebro, adoraríamos que eles também possuíssem vasculatura”.

Em grande parte devido ao fato de poderem ser fabricados às centenas, mini-cérebros prometem não só fazer avançar a pesquisa médica e científica, mas também reduzir o uso de modelos animais. O laboratório de Hoffman-Kim apresentou pela primeira vez seu modelo de mini-cérebro em 2015. Enquanto os tecidos feitos por engenharia celular se mostraram relativamente simples quando comparados com outros tecidos, eles também são relativamente fáceis e baratos para produzir.

Mas à época, o que passou despercebido até mesmo pelos inventores foi o fato de que as 8 mil pequenas células em formato esférico, cultivadas a partir de células de camundongos, tinham a capacidade de desenvolver um sistema circulatório básico.

Somente a medida que os demais membros do laboratório, entre eles a autora principal e pós-graduanda Molly Boutin, continuaram a trabalhar com os mini-cérebros é que descobriram que, ao redor do terceiro dia de cultura, cerca de dois terços deles haviam desenvolvido redes de tecido não-neural. Um olhar mais detalhado revelou que estes   pequenos fios de espagueti eram tubos de células e proteínas encontrados em vasos sanguíneos que se autoestruturaram.

O novo estudo mostra uma grande variedade de experimentos de imageamento nos quais técnicas de fluorescência e marcação revelam os diferentes tipos de células e proteínas presentes no interior das esferas dos mini-cérebros. O trabalho também documenta a integração deles com os tecidos neurais. Ao mesmo tempo, exames em microscópios eletrônicos de transmissão mostram que os capilares realmente são tubos ocos que podem transportar sangue.

É claro que não há sangue dentro de um mini-cérebro minúsculo, diz Hoffman-Kim. Afinal, eles estão dentro de uma placa, não no interior de um animal vivo. Mas ela atualmente trabalha junto com um colega da Universidade Brown para projetar uma maneira para conectar os mini-cérebros a um aparato de microfluidos que sirva como fonte externa de circulação que passa através de um mini-cérebro.“Fizemos alguns desenhos como rascunhos”, disse ela.

A rede de capilares não é tão densa como seria num cérebro real, ela reconhece. O estudo também mostra que elas não duram mais do que ou duas semanas.

Consciente tanto dos limites quanto das potencialidades da descoberta, o laboratório de Hoffman-Kim já começou a realizar experimentos que aproveitam a presença da vasculatura.  O segundo autor do estudo, Liana Kramer, começou a investigar o que acontece com a vasculatura e com as células neurais quando os mini-cérebros passam por privação de oxigênio ou de glicose. Posteriormente, este mesmo método pode ser usado para examinar impactos causados por drogas ou tratamentos.

A vasculatura é particularmente importante não apenas por transportar oxigênio, glicose e medicamentos para as células cerebrais, mas também porque pesquisas mostram que, no caso de derrames, doença de Alzheimer e danos cerebrais, o cérebro às vezes busca reconfigurar a vasculatura como forma de compensação. Os mini-cérebros também podem permitir que os pesquisadores monitorem estas respostas seguindo diversos tratamentos e em diferentes condições laboratoriais, diz Hoffman-Kim.

“Poderemos estudar, de forma combinada, grande variedade de problemas de saúde e de drogas que estão sendo desenvolvidas”, diz ela.

 

Brown University

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