‘Minicérebros’ de células-tronco cultivados em laboratório meio que desenvolveram olhos

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Organoides cerebrais com copos ópticos no 60º dia de desenvolvimento. Créditos: Gabriel et al., Cell Stem Cell, 2021.

Por Michelle Starr
Publicado na ScienceAlert

Minicérebros cultivados em um laboratório a partir de células-tronco desenvolveram espontaneamente estruturas oculares rudimentares, relatam os cientistas em um novo estudo fascinante.

Em minúsculos organoides cerebrais de origem humana cultivados em placas, dois copos ópticos bilateralmente simétricos foram vistos crescendo, refletindo o desenvolvimento das estruturas dos olhos em embriões humanos. Este resultado incrível nos ajudará a entender melhor o processo de diferenciação e desenvolvimento ocular, bem como as doenças oculares.

“Nosso trabalho destaca a notável capacidade dos organoides cerebrais de gerar estruturas sensoriais primitivas que são sensíveis à luz e abrigam tipos de células semelhantes aos encontrados no corpo”, disse o neurocientista Jay Gopalakrishnan, do Hospital Universitário de Düsseldorf, na Alemanha.

“Esses organoides podem ajudar a estudar as interações cérebro-olho durante o desenvolvimento do embrião, modelar distúrbios retinais congênitos e gerar tipos de células retinais específicas do paciente para testes de drogas personalizados e terapias de transplante”.

Crédito: Eike Gabriel.

Os organoides cerebrais não são cérebros verdadeiros, como você pode estar pensando. Eles são pequenas estruturas tridimensionais cultivadas a partir de células-tronco pluripotentes induzidas – células colhidas de humanos adultos e submetidas à engenharia reversa em células-tronco, que têm o potencial de crescer em muitos tipos diferentes de tecido.

Nesse caso, essas células-tronco são induzidas a crescer em bolhas de tecido cerebral, sem nada que se pareça com pensamentos, emoções ou consciência. Esses ‘minicérebros’ são usados ​​para fins de pesquisa em que o uso de cérebros vivos reais seria impossível, ou pelo menos, eticamente duvidoso – testar respostas a medicamentos, por exemplo, ou observar o desenvolvimento de células sob certas condições adversas.

Desta vez, Gopalakrishnan e seus colegas estavam procurando observar o desenvolvimento dos olhos.

Em pesquisas anteriores, outros cientistas usaram células-tronco embrionárias para desenvolver copos ópticos, as estruturas que se desenvolvem em quase todo o globo ocular durante o desenvolvimento embrionário. E outras pesquisas desenvolveram estruturas em forma de copo óptico a partir de células-tronco pluripotentes induzidas.

Em vez de cultivar essas estruturas diretamente, a equipe de Gopalakrishnan queria ver se elas poderiam ser cultivadas como uma parte integrada dos organoides cerebrais. Isso acrescentaria o benefício de ver como os dois tipos de tecido podem crescer juntos, em vez de apenas crescer as estruturas ópticas isoladamente.

“O desenvolvimento do olho é um processo complexo e compreendê-lo pode permitir chegar a base molecular das doenças retinianas congênitas”, escreveram os pesquisadores em seu estudo.

“Assim, é crucial estudar as vesículas ópticas que são o primórdio do olho, cuja extremidade proximal está ligada ao prosencéfalo [também conhecido como encéfalo frontal], essencial para a formação adequada do olho”.

Trabalhos anteriores no desenvolvimento de organoides mostraram evidências de células retinais, mas estas não desenvolveram estruturas ópticas, então a equipe mudou seus protocolos. Eles não tentaram forçar o desenvolvimento de células puramente neurais nos estágios iniciais da diferenciação neural e adicionaram acetato de retinol ao meio de cultura como uma ajuda para o desenvolvimento dos olhos.

Créditos: Gabriel et al., Cell Stem Cell , 2021.

Seus “cérebros-bebê” cuidadosamente tratados formaram copos ópticos logo aos 30 dias de desenvolvimento, com as estruturas claramente visíveis aos 50 dias. Isso é consistente com o tempo de desenvolvimento do olho no embrião humano, o que significa que esses organoides podem ser úteis para estudar o decorrer desse processo.

Existem outras implicações também. Os copos ópticos continham diferentes tipos de células retinais, que se organizavam em redes neurais que respondiam à luz e até continham lentes e tecido da córnea. Finalmente, as estruturas exibiram conectividade retiniana a regiões do tecido cerebral.

“No cérebro dos mamíferos, as fibras nervosas das células ganglionares da retina se estendem para se conectar com seus alvos cerebrais, um aspecto que nunca foi mostrado em um sistema in vitro”, disse Gopalakrishnan.

E é reproduzível. Dos 314 organoides cerebrais que a equipe cultivou, 73% desenvolveram copos ópticos. A equipe espera desenvolver estratégias para manter essas estruturas viáveis ​​em escalas de tempo mais longas para a realização de pesquisas mais aprofundadas com enorme potencial, disseram os pesquisadores.

“Organoides cerebrais contendo vesículas ópticas exibindo tipos de células neuronais altamente especializados podem ser desenvolvidos, abrindo caminho para a geração de organoides personalizados e tecidos epiteliais de pigmento da retina para transplante”, escreveram eles em seu estudo.

“Acreditamos que [estes] sejam organoides de próxima geração ajudando a modelar retinopatias que emergem de distúrbios do neurodesenvolvimento precoce”.

A pesquisa foi publicada na Cell Stem Cell.