A vida está repleta de padrões. É comum que os seres vivos criem uma série de características semelhantes à medida que crescem:pense em penas que variam ligeiramente em comprimento na asa de um pássaro ou em pétalas mais curtas e mais longas em uma rosa.

Acontece que o cérebro não é diferente. Ao empregar microscopia avançada e modelagem matemática, Pesquisadores de Stanford descobriram um padrão que governa o crescimento de células cerebrais ou neurônios. Regras semelhantes podem orientar o desenvolvimento de outras células dentro do corpo, e compreendê-los pode ser importante para o sucesso da bioengenharia de tecidos e órgãos artificiais.

Seu estudo, publicado em Física da Natureza , baseia-se no fato de que o cérebro contém muitos tipos diferentes de neurônios e que são necessários vários tipos trabalhando em conjunto para realizar qualquer tarefa. Os pesquisadores queriam descobrir os padrões de crescimento invisíveis que permitem que os tipos certos de neurônios se organizem nas posições certas para construir um cérebro.

"Como as células com funções complementares se organizam para construir um tecido funcional?" disse o co-autor do estudo Bo Wang, professor assistente de Bioengenharia. "Escolhemos responder a essa pergunta estudando um cérebro porque era comumente assumido que o cérebro era muito complexo para ter uma regra de padronização simples. Ficamos surpresos quando descobrimos que havia, na verdade, tal regra. "

O cérebro que eles escolheram examinar pertencia a uma planária, um verme chato com um milímetro de comprimento que pode crescer uma nova cabeça toda vez após a amputação. Primeiro, Wang e Margarita Khariton, um estudante de graduação em seu laboratório, usaram manchas fluorescentes para marcar diferentes tipos de neurônios no flatworm. Eles então usaram microscópios de alta resolução para capturar imagens de todo o cérebro - neurônios brilhantes e tudo - e analisaram os padrões para ver se conseguiam extrair deles as regras matemáticas que orientam sua construção.

O que eles descobriram foi que cada neurônio é cercado por cerca de uma dúzia de vizinhos semelhantes a ele, mas intercalados entre eles estão outros tipos de neurônios. Este arranjo único significa que nenhum neurônio fica nivelado com seu gêmeo, ao mesmo tempo que permite que diferentes tipos de neurônios complementares estejam próximos o suficiente para trabalharem juntos para completar tarefas.

Os pesquisadores descobriram que esse padrão se repete continuamente em todo o cérebro do flatworm para formar uma rede neural contínua. Co-autores do estudo Jian Qin, um professor assistente de engenharia química, e o pós-doutorado Xian Kong desenvolveu um modelo computacional para mostrar que essa rede complexa de vizinhanças funcionais deriva da tendência dos neurônios de se agruparem o mais próximo possível, sem estar muito próximos de outros neurônios do mesmo tipo.

Embora os neurocientistas possam um dia adaptar esta metodologia para estudar o padrão neuronal no cérebro humano, os pesquisadores de Stanford acreditam que a técnica poderia ser aplicada de forma mais útil ao campo emergente da engenharia de tecidos.

A ideia básica é simples:os engenheiros de tecidos esperam induzir células-tronco, o poderoso, células de uso geral das quais todos os tipos de células derivam, para crescer em várias células especializadas que formam um fígado, rim ou coração. Mas os cientistas precisarão organizar essas células diversas nos padrões corretos se quiserem que o coração bata.

"A questão de como os organismos crescem em formas que realizam funções úteis fascinou os cientistas durante séculos, "Disse Wang." Em nossa era tecnológica, não estamos limitados a compreender esses padrões de crescimento no nível celular, mas também podemos encontrar maneiras de implementar essas regras para aplicações de bioengenharia. "