p Um guardião escrupuloso fica entre o cérebro e seu sistema circulatório para deixar entrar o que é bom e impedir que o que seja mau, mas este porteiro, chamada de barreira hematoencefálica, também impede que medicamentos experimentais para tratar doenças como Alzheimer ou câncer cheguem ao cérebro. p Agora, uma equipe liderada por pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Geórgia projetou uma maneira de estudar a barreira mais de perto com a intenção de ajudar os desenvolvedores de medicamentos a fazer o mesmo. Em um novo estudo, os pesquisadores cultivaram a barreira hematoencefálica humana em um chip, recriando sua fisiologia de forma mais realista do que os chips predecessores.

p O novo chip criou um ambiente saudável para o componente central da barreira, uma célula cerebral chamada astrócito, que não é um neurônio, mas que atua como intercessor dos neurônios com o sistema circulatório. Os astrócitos interagem em cérebros humanos com células na vasculatura chamadas células endoteliais para colaborar com eles como a barreira hematoencefálica.

p Mas os astrócitos são um parceiro particularmente exigente, o que os torna uma grande parte do sistema de gatekeeper, mas também desafia a cultura de uma maneira fisiologicamente precisa. O novo chip atendeu às sensibilidades dos astrócitos, cultivando em 3-D em vez de uma maneira plana, ou 2-D.

p O espaço 3-D permitiu que os astrócitos agissem de forma mais natural, e isso melhorou todo o modelo de barreira, permitindo também que as células endoteliais em cultura funcionassem melhor. O novo chip apresentou aos pesquisadores funções de barreira hematoencefálica mais saudáveis ​​para observar do que em modelos de barreira anteriores.

p 'Astro' em astrócito

p "Você precisa ser capaz de simular um tecido em um chip em um estado saudável e em homeostase. Se não podemos modelar o estado saudável, também não podemos modelar doenças, porque não temos nenhum controle preciso para medir isso, "disse YongTae Kim, professor associado da Escola de Engenharia Mecânica George W. Woodruff da Georgia Tech e investigador principal do estudo.

p No novo chip, os astrócitos ainda pareciam mais naturais no espaço 3-D, desdobrando a forma de estrela que lhes dá o nome de "astro". Nas culturas 2-D, por contraste, astrócitos pareciam ovos fritos com franjas. Com esta configuração 3-D, o chip acrescentou possibilidades para pesquisas confiáveis ​​da barreira hematoencefálica humana, onde atualmente as alternativas são poucas.

p "Nenhum modelo animal chega perto o suficiente da intrincada função da barreira hematoencefálica humana. E precisamos de melhores modelos humanos porque drogas experimentais que entraram com sucesso no cérebro animal falharam na barreira humana, "Kim disse.

p A equipe publicou seus resultados em 10 de janeiro, 2020, no jornal Nature Communications . A pesquisa foi financiada pelo National Institutes of Health. Kim fundou uma empresa com planos de produzir em massa o novo chip no futuro para uso em pesquisas acadêmicas e potencialmente farmacêuticas.

p Exigente, astrócitos mandões

p O cérebro é a única parte do corpo equipada com astrócitos, que regulam a absorção de nutrientes e a remoção de resíduos por conta própria, maneira única.

p "A pedido do cérebro, os astrócitos colaboram com a vasculatura em tempo real do que o cérebro precisa e abre suas portas para deixar entrar apenas aquela porção de água e nutrientes. Os astrócitos buscam apenas o que o cérebro precisa e não deixam muito mais entrar, "Kim disse.

p Os astrócitos formam uma estrutura de proteína chamada aquaporina-4 em suas membranas que estão em contato com a vasculatura para deixar entrar e sair as moléculas de água, o que também contribui para limpar os resíduos do cérebro.

p "Em chips anteriores, A expressão da aquaporina-4 não foi observada. Este chip foi o primeiro, "Kim disse." Isso pode ser importante na pesquisa da doença de Alzheimer porque a aquaporina-4 é importante para limpar a proteína lixo quebrada do cérebro.

p Um dos co-autores do estudo, Dr. Allan Levey da Emory University, um pesquisador altamente citado em medicina neurológica, está interessado no potencial do chip no combate ao Alzheimer. Outro, Dr. Tobey McDonald, também de Emory, pesquisa câncer cerebral em crianças e está interessada nas possibilidades do chip no estudo da aplicação de potenciais tratamentos para o câncer cerebral.

p Barreira agindo de forma saudável

p Os astrócitos também deram sinais de que eram mais saudáveis ​​nas culturas 3-D do chip do que nas culturas 2-D, expressando menos de um gene desencadeado pela patologia.

p "Astrócitos em cultura 2-D expressaram níveis significativamente mais elevados de LCN2 do que aqueles em 3-D. Quando cultivamos em 3-D, era apenas cerca de um quarto disso, "Kim disse.

p O estado mais saudável também torna os astrócitos mais capazes de mostrar uma reação imunológica.

p "Quando confrontamos propositalmente o astrócito com o estresse patológico em uma cultura 3-D, obtivemos uma reação mais clara. Em 2-D, o estado fundamental já era menos saudável, e então a reação a tensões patológicas não apareceu tão claramente. Essa diferença pode tornar a cultura 3-D muito interessante para estudos de patologia. "

p Entrega de nanopartículas

p Em testes relacionados à entrega de drogas, nanopartículas moveram-se através da barreira hematoencefálica após envolver os receptores de células endoteliais, o que fez com que essas células engolfassem as partículas e as transportassem para o que estaria dentro do cérebro humano em um ambiente natural. Isso faz parte de como as células endoteliais funcionam melhor quando conectadas a astrócitos cultivados em 3-D.

p "Quando inibimos o receptor, a maioria das nanopartículas não entraria. Esse tipo de teste não funcionaria em modelos animais por causa de imprecisões cruzadas de espécies entre animais e humanos, "Kim disse." Este foi um exemplo de como este novo chip pode permitir que você estude a barreira hematoencefálica humana para a entrega potencial de drogas da maneira que você não consegue em modelos animais. "