Cultivar tecido cerebral em 3D

A capacidade de cultivar células neurais em 3D aproxima-nos mais do cultivo de tecido cerebral funcional no laboratório.

Investigadores conseguiram induzir células estaminais embrionárias humanas para auto-organizarem-se numa estrutura tridimensional semelhante ao cerebelo, fornecendo pistas tentadoras na busca em recriar estruturas neurais em laboratório. Os resultados foram publicados em Cell Reports.

Um dos principais objetivos da investigação com células estaminais é o de ser capaz de substituir partes do corpo danificadas com tecidos cultivados a partir de células estaminais indiferenciadas. Para o sistema nervoso, isto é particularmente desafiador, não só porque os neurónios específicos precisam ser gerados, mas eles também devem ser estimulados a se conectar uns aos outros de maneiras muito específicas.

Os investigadores do RIKEN (Japão) assumiram este desafio, desenvolvendo um método para cultivar células estaminais embrionárias humanas em 3D. Isto faz com que as células se diferenciem em neurónios cerebelosos funcionais que se auto-organizam para formar o padrão dorsal/ventral adequado e estrutura multi-camadas encontrada naturalmente no cerebelo em desenvolvimento.

A partir dos seus estudos anteriores com ratos, os investigadores primeiro estabeleceram que a cultura de células estaminais embrionárias humanas com o fibroblasto de crescimento fator 2 (FGF2) leva à diferenciação neural específica para o cerebelo em três semanas, e a expressão dos marcadores para a placa cerebelosa neuroepitelial em cinco. Estas células também mostraram marcadores precoces específicos para o desenvolvimento de células Purkinje, células granulares, ou neurónios profundos de projeção cerebelosa – todos os tipos de neurónios encontrados somente no cerebelo.

Os investigadores, então, olharam para os neurónios maduros do cerebelo. Descobriram que as células tratadas com FGF2 expressavam marcadores tardios de células Purkinje e desenvolviam estruturas característicos dessas células. Registros eletrofisiológicos dessas células após cultura durante cerca de 15 semanas revelou respostas adequadas às correntes e à inibição dos recetores necessários para a sinalização cerebelosa normal, indicando que a função tinha-se desenvolvido juntamente com a estrutura.

Algumas células tratadas com FGF2 também expressaram marcadores para o lábio rômbico – a estrutura a partir da qual as células granulares se desenvolvem e migram – pela semana sete. Além disso, as células foram observadas a migrarem e fibras estendidas inclinadas para formar a forma em T característica de fibras paralelas de células granulares.

Onde estes neurónios se formam e como se localizam em relação uns aos outros é crítico no desenvolvimento do cérebro. No início do desenvolvimento do cerebelo, determinados tipos de células são distribuídos de forma desigual de cima para baixo, criando uma separação dorso-ventral.

Os investigadores testaram vários fatores e descobriram que a adição de FGF19 por volta do dia 14 às células tratadas com FGF2 causou vários neuroepitélios ovais planos para formar pelo dia 35, expressando marcadores específicos dorsais do lado de fora e marcadores específicos ventrais no interior. Pela adição do fator 1 derivado de células do estromal (SDF1) entre os dias 28-35, foram capazes de gerar uma estrutura neuroepitelial contínua com polaridade dorso-ventral.

O SDF1 também induziu outras duas mudanças estruturais importantes. A região dorsal desenvolveu espontaneamente três camadas ao longo do eixo dorsoventral: a zona ventricular, uma zona precursora de células Purkinje, e uma zona do lábio rômbico. Numa extremidade do neuroepitélio, uma região desenvolveu-se que foi positiva para os marcadores de células progenitoras granulares e neurónios de projeção nuclear cerebelosos profundos e negativo para os marcadores de células Purkinje, e cujas origens remontam à zona rômbico lábio da placa cerebelosa.

(Canto superior esquerdo) Neuroepitélio contínuo com uma região similar à do lábio rômbico. (Canto superior direito) Um olhar mais atento mostra o desenvolvimento duma estrutura em camadas com células KIRREL2 no lado apical e células SKOR2 localizados mais basalmente. (Canto inferior esquerdo) Esquema das três zonas na estrutura laminar. RLZ, zona lábio rômbico; PCPZ, zona percursora de células Purkinje; VZ, zona ventricular. (Canto inferior direito) Um close-up da zona germinal similar ao lábio rômbico mostrando marcadores para células granulares e de projeção nuclear cerebelosa profunda. Crédito: RIKEN.

A autora principal, Dra. Keiko Muguruma diz que "os princípios da auto-organização que demonstrámos aqui são importantes para o futuro da biologia do desenvolvimento."

Ela acrescentou que, "as tentativas de gerar o cerebelo a partir de células iPS humanas já tenham sido cumpridas com algum sucesso, e estes neurónios e tecidos derivados do cerebelo do paciente serão úteis para modelar doenças cerebelosas como as ataxias espinocerebelosas."

Fonte; http://www.asianscientist.com/2015/02/in-the-lab/growing-brain-tissue-3d/