Organoides: a nova técnica para fabricar um cérebro

O Doutor em Biomedicina Pablo Barrecheguren nos explica o papel dos organoides como uma das maiores técnicas da pesquisa biomédica.

Um dos maiores obstáculos que a neurociência enfrenta é a dificuldade de obter informação in vivo de um cérebro humano.

Certamente existem técnicas, como a ressonância magnética funcional ou a implantação intracraniana de eletrodos, que nos permitem obter informação sobre a atividade cerebral…, mas o verdadeiro desafio está a nível molecular: poder analisar o desenvolvimento e a interconexão celular enquanto ocorre, já que até agora as possibilidades predominantemente se reduzem a estudos post mortem ou cultivos celulares cujos resultados muitas vezes não podem ser extrapolados ao comportamento de um cérebro humano como um todo. Para enfrentar esse problema, uma das melhores opções são os organoides cerebrais.

Organoides cerebrais

O que são os organoides

Os organoides são agregados celulares autoensamblados que se formam a partir de células-tronco, e que têm a característica principal de que até certo ponto reproduzem a arquitetura e a composição celular do órgão que se pretende obter.

Inicialmente, um dos campos de pesquisa foi a criação de organoides que reproduzissem os epitélios intestinais, mas atualmente a técnica se expandiu para outros órgãos, sendo uma das áreas mais interessantes os organoides cerebrais.

Modos de fabricación de organoides

Existem dois modos principais de fabricá-los:

1. Técnicas não guiadas: partem de células-tronco pluripotentes humanas que são cultivadas in vitro limitando ao máximo o uso de sinais bioquímicos externos que direcionem o crescimento. Isso dá origem a uma grande variabilidade que, em alguns casos, resulta na formação de organoides com uma composição celular bastante semelhante à de um cérebro humano em desenvolvimento.
2. Técnicas guiadas: parte-se da mesma base, mas há uma maior intervenção no desenvolvimento do organoide mediante o uso de biomoléculas. Isso resulta na produção de organoides muito mais específicos, os quais têm composições celulares que mimetizam as de partes concretas de um cérebro humano em desenvolvimento.

Em geral, esses organoides conseguem reproduzir até certo nível a composição celular e estrutural de um cérebro humano. Além disso, os dados de análises de expressão genética desses organoides em conjunto coincidem parcialmente com os de um cérebro humano em desenvolvimento.

Limitações desses modelos

No entanto, não se deve esquecer que mesmo assim esses modelos têm várias limitações muito importantes, como por exemplo:

• Os organoides têm um tamanho muito reduzido. Têm um tamanho aproximado de cerca de 4 mm, enquanto que apenas o córtex cerebral humano tem cerca de 15 cm de diâmetro. Dessa situação derivam muitas diferenças estruturais que separam um organoide de um cérebro humano.
• Não desenvolvem nenhum tipo de vasculatura. Os organoides cerebrais não possuem vasos sanguíneos per se, e, mesmo quando são cultivados juntamente com células epiteliais, não se conseguiu criar capilares funcionais dentro do tecido. A falta de vasos por si só é uma grande diferença estrutural, mas também gera um problema adicional: o organoide apenas pode adquirir nutrientes pela sua face externa, o que faz com que, ao atingir certo ponto de crescimento, as células nas partes mais profundas do organoide desenvolvam necrose por falta de alimento.
• As células do organoide reproduzem o estado celular de um cérebro em desenvolvimento, pelo que as informações que podem nos fornecer sobre um cérebro adulto ou mesmo idoso são escassas.

Técnica importante na pesquisa biomédica

No entanto, apesar de todas essas limitações, os organoides se apresentam como uma das maiores técnicas da pesquisa biomédica por três motivos.

• Em primeiro lugar, deve-se ter em conta que são fabricados a partir de células-tronco pluripotentes, e que atualmente esse tipo celular pode ser obtido diretamente ou a partir de células adultas que são posteriormente reprogramadas em laboratório (como, por exemplo, usando uma amostra de células sanguíneas, que posteriormente são reprogramadas para se tornarem o que se conhece como células-tronco pluripotentes induzidas). Isso permitiu criar organoides que reproduzem malformações congênitas como a microcefalia, ou mesmo usar organoides juntamente com culturas virais para investigar os efeitos neuronais do vírus Zika.
• Em segundo lugar, esses modelos servem para estudar o desenvolvimento cerebral e existem condições clínicas como a esquizofrenia ou os transtornos do espectro autista que já estão sendo estudados.
• E, em terceiro lugar, podem ser criados organoides cerebrais de outros animais, o que facilita a realização de estudos evolutivos comparando diferentes espécies.

Atualmente os organoides cerebrais são ferramentas de pesquisa muito valiosas e os trabalhos que os combinam com outras técnicas têm muito potencial.

No entanto, ao ler trabalhos publicados sobre essa área nunca se deve esquecer que são um modelo de experimentação e, por mais que sejam chamados de “cérebros em miniatura”, também apresentam muitas diferenças essenciais em relação a um cérebro humano adulto.

Bibliografia

• Elizabeth Di Lullo and Arnold R. Kriegstein. The use of brain organoids to investigate neural development and disease. Nat Rev Neurosci. 2017 October; 18(10): 573–584
• Harpreet Setia, Alysson R. Muotri. Brain organoids as a model system for human neurodevelopment and disease. Seminars in Cell and Developmental Biology (2019)
• Xuyu Qian, Hongjun Song and Guo-li Ming. Brain organoids: advances, applications and challenges. Development (2019) 146, dev166074