O desenvolvimento neuronal é frequentemente regulado pela distribuição gradual de moléculas de orientação, que pode atrair ou repelir a migração neuronal ou a projeção de neurite quando apresentada em um formato de gradientes de concentração, ou quimiotaxia. Contudo, muitos detalhes sobre o processo são amplamente inexplorados.

Uma equipe de pesquisa da City University of Hong Kong (CityU) abordou esse problema de forma precisa e sistemática, desenvolvendo um novo dispositivo, e publicou recentemente suas descobertas em um artigo de pesquisa na revista Nature Communications , intitulado "Ensaios quimiotáticos tridimensionais de alto rendimento revelam complexidade dependente da inclinação na sensação neuronal aos gradientes moleculares."

A quimiotaxia se refere ao movimento de um organismo em resposta a um estímulo químico. É bem conhecido que os gradientes de concentração das moléculas de orientação, tais como proteínas netrina ou semaforina (Sema), desempenham papéis críticos no desenvolvimento neural embrionário. Ainda, como exatamente os perfis físicos dos gradientes moleculares, por exemplo. a taxa de mudança dos perfis de concentração (inclinação do gradiente), as interações com o desenvolvimento neuronal há muito permanecem uma questão sem resposta. Parte do motivo foi a falta de dispositivos 3-D que podem recapitular características importantes dos tecidos cerebrais fora do corpo humano. Os ensaios quimiotáticos in vitro anteriores são frequentemente 2-D, baixo rendimento (o que significa que precisa repetir manualmente os experimentos muitas vezes para coletar dados para diferentes parâmetros) e falta de controle de gradiente fino.

Em resposta, a equipe da CityU desenvolve uma nova plataforma para realizar os experimentos quimiotáticos. Eles desenvolveram uma plataforma microfluídica à base de hidrogel para ensaios quimiotáticos 3-D de alto rendimento, e usou-o para estudar a sensibilidade neuronal à inclinação do gradiente molecular, lançar luz sobre o mecanismo de regeneração neural, reconhecendo variações sutis nos perfis de gradiente das moléculas de orientação.

“Nosso chip mede apenas 1 por 3 cm ² , mas abriga centenas de cilindros de hidrogel em microescala suspensos, cada um contendo um perfil de gradiente distinto para permitir o crescimento 3-D de células neuronais em um ambiente muito semelhante ao de nossos cérebros, "diz o Dr. Shi Peng, Professor Associado do Departamento de Engenharia Biomédica (BME) da CityU, quem liderou a pesquisa.

"A principal vantagem da configuração é o alto rendimento, o que significa que uma grande coleção de perfis de gradiente molecular pode ser testada em paralelo usando um único chip para gerar uma grande quantidade de dados, e o tempo de experimento pode ser reduzido de meses para 48 horas, " ele explica.

Usando a nova plataforma e análise estatística rigorosa, a equipe revelou diversidade dramática e complexidade na regulação quimiotática do desenvolvimento neuronal por várias moléculas de orientação. Em particular, para Sema3A, a equipe descobriu que duas vias de sinalização, a saber STK11 e GSK3, estão diferencialmente envolvidos na regulação quimiotática dependente da inclinação da repelência de neurite coordenada e migração neuronal.

Com base nessas descobertas, a equipe demonstrou ainda que a molécula de orientação, Sema3A, só é benéfico para promover a regeneração do córtex se for apresentado na forma de gradiente certo em um cérebro de rato ferido, que foi relatado em outro artigo na revista Biomateriais no início deste ano.

"Em caso de lesão cerebral, o sistema nervoso não se regenera facilmente, portanto, o uso adequado de moléculas de orientação ajudaria o cérebro a se recuperar. A respeito disso, nossa pesquisa fornece insights para o desenvolvimento de novas estratégias terapêuticas, "Dr. Shi concluiu.