Ondas cerebrais detectadas em redes de mini-cérebro cultivadas em laboratório

Cientistas criaram com sucesso cérebros em miniatura a partir de células-tronco que desenvolveram redes neurais funcionais. Apesar de serem um milhão de vezes menores que os cérebros humanos, esses cérebros cultivados em laboratório são os primeiros protótipos observados que produziram ondas cerebrais semelhantes às de bebés prematuros. Este estudo foi publicado em 29 de agosto de 2019 na revista Cell Stem Cell e pode ajudar os cientistas a entender melhor o desenvolvimento do cérebro humano.

Alysson Muotri, biólogo da Universidade da Califórnia, San Diego, “o nível de atividade neural que estamos vendo é sem precedentes in vitro. Estamos um passo mais perto de ter um modelo que possa realmente gerar esses estágios iniciais de uma sofisticada rede neural. ”

Organoides cerebrais do tamanho de ervilhas aos 10 meses de idade. Crédito: Muotri Lab / UCTV

Os organoides cerebrais são os cérebros do tamanho de ervilhas, derivados de células-tronco pluripotentes humanas. Ao colocá-los numa cultura que imita o ambiente do desenvolvimento do cérebro, as células-tronco agrupam-se em diferentes tipos de células cerebrais para se auto-organizarem numa estrutura 3D que se assemelha ao cérebro humano em desenvolvimento.

Antes, os cientistas haviam crescido com sucesso organoides com estruturas celulares semelhantes às do cérebro humano, mas nenhum dos modelos anteriores desenvolveu redes neurais funcionais semelhantes às humanas. Essas redes que aparecem quando os neurónios estão maduros e se interconectam são essenciais para a maioria das atividades cerebrais.

Muotri diz: "Você pode usar organoides cerebrais para várias coisas, incluindo entender o neurodesenvolvimento humano normal, modelagem de doenças, evolução cerebral, triagem de medicamentos e até mesmo para formar inteligência artificial".
Seção transversal de um organóide cerebral, mostrando a formação inicial de uma placa cortical. Cada cor marca um tipo diferente de célula cerebral. Crédito: Muotri Lab / UCTV

Muotri e seus colegas planearam um procedimento melhor para cultivar células-tronco, além de otimizar a fórmula do meio da cultura. Esses ajustes permitiram que seus organóides se tornassem mais maduros que os modelos anteriores. A equipe cultivou centenas de organóides por 10 meses usando matrizes de vários eletrodos para monitorar suas atividades neurais. Em cerca de dois meses, a equipe detectou pela primeira vez rajadas de ondas cerebrais de organóides. Esses sinais eram escassos e tinham a mesma frequência num padrão observado em cérebros humanos muito imaturos. À medida que os organoides se desenvolviam, eles produziam ondas cerebrais em diferentes frequências e os sinais apareciam com mais frequência. Isso sugere que os organoides desenvolveram ainda mais as suas redes neurais.

Muotri diz: "Isso é resultado de ter mais sinapses funcionais e você está formando mais conexões entre os neurônios".

As interações entre esses neurônios contribuem para sinais em várias frequências.

Para comparar os padrões de ondas cerebrais dos organóides com os do cérebro humano no início do desenvolvimento, a equipe treinou um algoritmo de aprendizagem 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 que sugere que esses organóides e o cérebro humano compartilham uma trajetória de crescimento semelhante.

Este mapa de atividades gerado por matrizes com vários eletrodos revela quão ativo o organóide do cérebro é - vermelho significa muito ativo e preto significa silencioso. Crédito: Muotri Lab / UCTV

No entanto, não é provável que esses organóides tenham atividades mentais, como a consciência, diz Muotri. “O organóide ainda é um modelo muito rudimentar - não temos outras partes e estruturas do cérebro. Portanto, essas ondas cerebrais podem não ter nada a ver com atividades em cérebros reais. ”

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

No futuro, a equipe tem como objetivo melhorar ainda mais os organóides e usá-los para entender doenças associadas a mau funcionamento da rede neural, como autismo, epilepsia e esquizofrenia.

Muotri diz: “Como cientista, quero me aproximar cada vez mais do cérebro humano. Eu quero fazer isso porque vejo o que há de bom. Eu posso ajudar pessoas com problemas neurológicos, dando-lhes melhores tratamentos e melhor qualidade de vida. Mas cabe a nós decidir onde está o limite. Pode ser que a tecnologia ainda não esteja pronta, ou não sabemos como controlá-la. Esse é o mesmo tipo de discussão sobre o CRISPR em bebês, e é por isso que temos comités de ética para representar todas as partes da sociedade. ”

Traduçáo e adaptaçáo Luis Guerreiro

Fonte: https://www.sciencepagenews.com/2019/08/30/brain-waves-detected-in-mini-brain-networks-grown-in-a-dish/