Orgóides: 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 elétrodos, que nos permitem obter informação sobre a atividade cerebral…, mas o verdadeiro desafio está ao nível molecular: poder analisar o desenvolvimento e a interconexão celular enquanto está ocorrendo, já que até agora as possibilidades maioritariamente se reduzem a estudos post mortem ou cultivos celulares cujos resultados em muitas ocasiões não podem ser extrapolados ao comportamento de um cérebro humano no seu conjunto. 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 grau reproduzem a arquitetura e composição celular do órgão que se pretende obter.

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

Modos de fabricação de organoides

Existem dois modos principais de fabricá‑los:

1. Técnicas não guiadas: partem de células-tronco humanas pluripotentes que se cultivam in vitro limitando ao máximo o uso de sinais bioquímicos externos que dirijam o crescimento. Isso dá lugar a uma grande variabilidade que em alguns casos deriva na formação de organoides com uma composição celular bastante similar 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 tem como resultado que se podem produzir organoides muito mais específicos, os quais têm composições celulares que mimetizam a 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. E além disso, os dados de análise de expressão genética desses organoides em seu conjunto coincidem parcialmente com os de um cérebro humano em desenvolvimento.

Limitações desses modelos

No entanto, não há que esquecer que ainda 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 têm vasos sanguíneos per se, e, mesmo quando se cultivam juntamente com células epiteliais não se conseguiu criar capilares funcionais dentro do tecido. Já por si a falta de vasos é uma grande diferença estrutural, mas também gera um problema adicional: o organoide apenas pode adquirir nutrientes pela sua face exterior, o que faz que chegado 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 a informação que podem nos dar sobre um cérebro adulto ou mesmo idoso é escassa.

Técnica importante na pesquisa biomédica

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

• Em primeiro lugar, convém ter em conta que são fabricados a partir de células-tronco pluripotentes, e que atualmente esse tipo celular se pode obter diretamente ou a partir de células adultas que depois se reprogramam no laboratório (como por exemplo usando uma amostra de células sanguíneas, que posteriormente se reprogramam para se converter no 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 víricas 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 a ser estudados.
• E em terceiro lugar, podem-se criar organoides cerebrais de outros animais, o que facilita a realização de estudos evolutivos comparando distintas espécies.

Atualmente os organoides cerebrais são umas ferramentas de investigação muito valiosa e os trabalhos que os juntam com outras técnicas têm muito potencial.

No entanto, ao ler trabalhos publicados sobre esta área nunca há que esquecer que são um modelo de experimentação e, por mais que se lhes chame “cérebros em miniatura”, também têm muitas diferenças essenciais com 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