Cientistas mantêm mini cérebros vivos por 5 anos e quebram recorde de desenvolvimento

Pesquisadores da Universidade de Harvard conseguiram manter organoides cerebrais vivos em laboratório por cinco anos — um recorde que abre novas possibilidades para entender como o cérebro humano se forma e o que acontece quando esse processo falha. Os resultados, publicados recentemente, mostram que essas estruturas tridimensionais cultivadas a partir de células humanas conseguem reproduzir padrões de desenvolvimento similares aos observados no cérebro durante a gestação e nos primeiros anos de vida.

O feito representa uma mudança fundamental na compreensão do que é possível fazer fora do corpo humano. "Não sabíamos até que ponto o desenvolvimento e a maturação do tecido cerebral poderiam ocorrer sem o contexto do cérebro normal dentro da cabeça", explica Paola Arlotta, professora de Harvard e autora sênior do estudo. "Este trabalho mostrou que é realmente possível não apenas fazer com que esses organoides sobrevivam em cultura, mas também continuem a mudar, se desenvolver e amadurecer por períodos de tempo nunca antes alcançados."

Para acompanhar a evolução das estruturas, os cientistas examinaram 34 organoides em oito momentos diferentes ao longo dos cinco anos. Quando combinaram esses dados com pesquisas anteriores, chegaram a informações sobre aproximadamente 110 organoides e quase 425 mil células individuais. Uma das descobertas mais intrigantes foi a capacidade das células de conservar marcas de sua trajetória de desenvolvimento — uma sequência molecular que segue padrões previsíveis, funcionando como um relógio biológico. Os pesquisadores utilizaram a metilação do DNA, um conjunto de alterações químicas que regulam quais genes ficam ativos ou inativos, para rastrear esse progresso. "O relógio de metilação nos mostrou que esses organoides estavam basicamente fazendo coisas que o cérebro convencional faria", aponta Arlotta.

Em um experimento particularmente revelador, a equipe misturou células de diferentes idades no mesmo organoide. Quando receberam sinais para produzir novos neurônios, as células mais jovens seguiram o caminho esperado para os estágios iniciais do desenvolvimento. As células mais antigas, porém, avançaram diretamente para formas mais maduras, equivalentes a etapas que normalmente apareceriam dois ou três meses depois. "Ficamos um pouco chocados com os resultados. Gosto de chamar isso de 'distorção temporal' do desenvolvimento — eles avançaram rapidamente", explica Arlotta.

Os organoides são criados a partir de uma amostra de sangue de um doador humano. As células são reprogramadas em células-tronco pluripotentes — capazes de dar origem a muitos tipos diferentes de tecidos — e depois sinais químicos as orientam para se transformarem em células cerebrais. Cultivadas em condições específicas, elas se organizam em estruturas tridimensionais que reproduzem parcialmente características do córtex cerebral. Embora imitassem aspectos de um órgão real, os organoides carecem da complexidade de um cérebro humano completo: não possuem interação normal com vasos sanguíneos, sistema imunológico, hormônios ou outros órgãos do corpo. Ainda assim, o estudo demonstrou que, mesmo sem essas estruturas, os organoides foram capazes de seguir vários padrões de desenvolvimento observados no cérebro humano — um resultado que surpreendeu os pesquisadores.

Manter as estruturas vivas durante anos exigiu ajustes significativos nas condições de laboratório. Os neurônios, células responsáveis pela transmissão de sinais nervosos, são particularmente frágeis e tendem a diminuir em número com o tempo. Os astrócitos, células de suporte que protegem e sustentam os neurônios, são mais resistentes. Para melhorar a sobrevivência das células nervosas, os pesquisadores utilizaram um meio de cultivo líquido capaz de estimular a atividade elétrica dos neurônios e acrescentaram um suplemento de aminoácidos como fonte adicional de energia. Após nove meses, os organoides cultivados nessas condições apresentavam mais neurônios e conexões mais densas entre eles. Depois de um ano, todos os organoides submetidos ao novo meio apresentavam intensos surtos de atividade elétrica — um funcionamento que os pesquisadores conseguiram registrar durante dois anos. As estruturas também apresentaram o surgimento e a maturação de células de suporte, além da formação de conexões duradouras entre neurônios.

A importância do trabalho vai além do recorde de longevidade. Quanto mais tempo um organoide permanece vivo, mais fases do desenvolvimento humano os pesquisadores podem observar. "Com os organoides, começamos observando os processos iniciais e agora estamos cada vez mais perto de processos que ocorrem mais tarde no desenvolvimento", afirma Irene Faravelli, uma das coautoras do projeto. Espera-se que esses modelos ajudem cientistas a investigar como o cérebro se forma e o que acontece quando esse processo falha. Existem planos de usá-los para estudar doenças neurológicas, testar medicamentos e comparar respostas de células derivadas de diferentes pessoas.

Mas o desafio agora é prático: manter culturas celulares frágeis durante tantos anos é caro e trabalhoso, e esperar anos para observar cada etapa limitaria a utilidade da técnica. O objetivo dos pesquisadores é entender como usar essas estruturas para alcançar mais rapidamente estágios específicos do desenvolvimento cerebral, sem precisar aguardar anos para que os organoides cresçam naturalmente. "Podemos desvendar todo um espectro da biologia do cérebro humano que não víamos antes", destaca Arlotta. "Mostramos que é possível — uma prova de princípio — mas claramente precisamos descobrir como usar o conhecimento recém-adquirido para possibilitar a compreensão de estágios posteriores do desenvolvimento sem ter que esperar anos."