Ao usar células-tronco para cultivar órgãos semelhantes ao cérebro em miniatura no laboratório, os cientistas abriram um novo caminho para estudos de desenvolvimento neurológico, doenças e terapias que não podem ser realizadas em pessoas vivas. Mas nem todos os organoides do minicérebro são criados iguais e fazê-los imitar com precisão os tecidos do cérebro humano que estão modelando tem sido um desafio persistente.
"No momento, é como o Velho Oeste, porque não há um método padrão para gerar organoides mini-cérebros", disse Bennett Novitch, membro do Eli and Edythe Broad Center of Regenerative Medicine and Stem Cell Research da UCLA e autor sênior de um novo artigo sobre o tema. “Todo neurocientista quer fazer um modelo organoide cerebral de sua doença favorita, mas os organoides de todos nem sempre são parecidos”.

De fato, como não há um protocolo comum para sua produção e falta de diretrizes de controle de qualidade, os organoides podem variar de laboratório para laboratório – e até de lote para lote – o que significa que uma descoberta feita em um organoide pode não ser verdadeira em outro.

"Se meu laboratório e outro laboratório no final do corredor realizassem exames de drogas usando modelos organoides de minicérebros do mesmo distúrbio, ainda poderíamos obter resultados diferentes", disse Momoko Watanabe, primeira autora do novo artigo e professora assistente de anatomia e neurobiologia na UC Irvine. “Não saberemos quais descobertas estão corretas porque as diferenças que estamos vendo podem ser reflexos de como nossos modelos diferem, e não reflexos da doença”.

Em seu novo estudo, publicado hoje em Stem Cell Reports , Novitch, Watanabe e seus colegas propõem diretrizes baseadas em suas pesquisas que podem ajudar os cientistas a superar dois grandes obstáculos que impedem o pleno potencial desses organoides:diferenças na uniformidade e estrutura.

Ter organoides que recriem com precisão e consistência a estrutura e a composição celular de seções específicas do cérebro é especialmente importante para estudar distúrbios como esquizofrenia e transtorno do espectro autista, nos quais os cérebros das pessoas afetadas geralmente parecem idênticos aos cérebros neurotípicos em estrutura, mas exibem diferenças marcantes em função.

"Nunca seremos capazes de identificar as diferenças sutis na estrutura e função do cérebro - coisas que são relevantes para pacientes com distúrbios neurológicos - se nossos organoides tiverem o equilíbrio errado de tipos de células ou estrutura grosseiramente irregular", disse Novitch, que também é diretor do Centro Integrado de Reparo Neural do UCLA Brain Research Institute.

Criando os melhores organoides:uma questão de maturidade

Para produzir organoides do minicérebro, que podem variar de 1 a 5 milímetros de diâmetro, os cientistas primeiro pegam células da pele humana ou do sangue e as reprogramam para se tornarem células-tronco pluripotentes induzidas – células que podem se diferenciar em qualquer tipo de célula do corpo. Eles então direcionam essas células iPS para criar células-tronco neurais, que podem produzir a maioria dos tipos de células encontradas no cérebro. À medida que as células-tronco neurais estão se formando, elas podem ser persuadidas a se agregarem em organoides 3D. Simples o suficiente. Mas por que alguns organoides se assemelham melhor ao cérebro humano do que outros?

Para responder a essa pergunta, a equipe colaborou com os especialistas em pluripotência Kathrin Plath e Amander Clark, do Centro de Pesquisa de Células-Tronco Broad da UCLA. Eles descobriram que a maturidade do desenvolvimento das células-tronco das quais um organoide é cultivado influencia sua qualidade, assim como o frescor dos ingredientes influencia a qualidade de um prato culinário.

“No desenvolvimento embrionário humano, o sistema nervoso é uma das primeiras estruturas a se formar, então faz sentido que as células-tronco que estão no início do desenvolvimento sejam melhores na produção de organoides cerebrais”, disse Watanabe, que também é membro da UCI Sue. &Bill Gross Centro de Pesquisa de Células-Tronco.

Os pesquisadores então descobriram que a melhor maneira de manter as células-tronco humanas em um estado inicial de desenvolvimento adequado para a formação de organoides era cultivá-las em um prato com células da pele de camundongo, conhecidas como alimentadores de fibroblastos, uma vez que fornecem sinais químicos essenciais e suporte estrutural que ajuda as células-tronco a se expandirem e preservarem sua imaturidade ao longo do tempo.

Infelizmente, eles também descobriram que o uso de células de camundongos poderia tornar os organoides menos adequados para o desenvolvimento de terapias celulares para substituir tecidos neurais doentes ou danificados. Além disso, esses métodos suportados pelo alimentador são mais trabalhosos do que os métodos de crescimento de células-tronco que muitos laboratórios costumam usar.

A equipe em seguida se voltou para o sequenciamento de RNA e análise computacional na tentativa de identificar diferenças genéticas entre células-tronco que produzem bons organoides e aquelas que não produzem. Isso permitiu que eles identificassem quatro moléculas – todas pertencentes à superfamília de moléculas do fator de crescimento transformador beta – que eram responsáveis ​​por manter as células-tronco em um estado menos desenvolvido.

Adicionar essas quatro moléculas a células-tronco que crescem em um prato as manteve em um estado imaturo e permitiu que essas células produzissem organoides bem estruturados e de alta qualidade.

"Encontramos uma maneira de ter nosso bolo e comê-lo também", disse Novitch. "Nós tiramos as células de camundongos da equação, mantendo alguns de seus benefícios para a formação de organoides, aproximando-nos de nossos objetivos de estudar e desenvolver tratamentos para doenças neurológicas complexas". + Explorar mais

Otimização de organoides do intestino delgado humano