Os chamados “mini-cérebros” cultivados em laboratório permitem aos cientistas investigar como se organiza a conectividade neuronal sem intervir em cérebros de pessoas vivas. Um novo estudo recorreu a estes modelos em escala reduzida para identificar assinaturas neurais associadas à esquizofrenia e à perturbação bipolar.
Estes mini-cérebros, também conhecidos como organoides, têm dimensões semelhantes às de uma ervilha e foram desenvolvidos por uma equipa liderada por investigadores da Universidade Johns Hopkins, nos Estados Unidos. A longo prazo, esta linha de investigação poderá ajudar a localizar irregularidades cerebrais específicas que, no futuro, venham a ser alvo de terapêuticas mais dirigidas.
Porque é tão difícil diagnosticar esquizofrenia e perturbação bipolar
Atualmente, tanto a esquizofrenia como a perturbação bipolar são diagnosticadas sobretudo com base em sinais e sintomas clínicos, e não através de marcadores biológicos claros. Esta estratégia baseada em organoides abre a possibilidade de um método mais objetivo e consistente para identificar estas condições psiquiátricas.
A engenheira biomédica Annie Kathuria, da Universidade Johns Hopkins, explica que estes diagnósticos são particularmente desafiantes porque não existe “uma área específica do cérebro que falhe” de forma inequívoca.
Kathuria acrescenta que também não há um indicador simples e direto, como acontece nalgumas doenças neurológicas: na doença de Parkinson, por exemplo, os médicos conseguem apoiar o diagnóstico e algumas decisões terapêuticas em medidas relacionadas com a dopamina, apesar de ainda não existir uma cura definitiva.
Organoides cerebrais do córtex pré-frontal: como foram criados e analisados
Para construir os organoides, os investigadores utilizaram células do sangue e da pele de três grupos de pessoas:
- pessoas com diagnóstico de esquizofrenia;
- pessoas com diagnóstico de perturbação bipolar;
- pessoas sem diagnóstico de perturbações psiquiátricas.
Desta forma, a equipa obteve três categorias de mini-cérebros para comparação.
Os organoides foram analisados num microchip e ligados a vários sensores. Cada mini-cérebro tinha cerca de 3 milímetros de diâmetro e foi desenvolvido para gerar tipos celulares neuronais característicos do córtex pré-frontal - uma região crucial para funções cognitivas “superiores”, como planear e tomar decisões.
Aprendizagem automática encontra padrões neuronais específicos
Com apoio de algoritmos de aprendizagem automática treinados para reconhecer padrões na comunicação entre neurónios, a equipa detetou formas de atividade neuronal distintas para esquizofrenia e perturbação bipolar. Estas assinaturas foram suficientes para identificar corretamente a origem celular dos organoides com 83% de precisão.
Quando os mini-cérebros receberam estimulação elétrica, a precisão aumentou para 92%. Este resultado sugere que as diferenças de comportamento neuronal se tornam mais evidentes - e, portanto, mais fáceis de detetar - quando o tecido está funcionalmente “ativo” e a processar sinais.
Nas palavras de Kathuria, pelo menos ao nível molecular, é possível observar o que corre mal durante a formação destes cérebros em laboratório e distinguir entre organoides de uma pessoa saudável, de uma pessoa com esquizofrenia ou de uma pessoa com perturbação bipolar com base nestas assinaturas eletrofisiológicas.
O que estes resultados significam (e o que ainda falta demonstrar)
Apesar da utilidade destes mini-cérebros, os organoides continuam a ser muito menos complexos e estão longe de reproduzir plenamente as capacidades de um cérebro humano. Por isso, permanece um desafio essencial: confirmar até que ponto os padrões identificados nestes modelos correspondem a assinaturas neuronais observáveis em cérebros humanos reais.
Ainda assim, estes sinais são valiosos para compreender de que forma o cérebro de pessoas com esquizofrenia ou perturbação bipolar poderá funcionar de maneira diferente. Cada avanço na caracterização de como estas condições alteram a atividade neuronal aproxima os investigadores de intervenções mais eficazes.
Um passo adicional importante será melhorar a padronização destes modelos, reduzindo variações entre organoides e garantindo que os resultados são reprodutíveis entre diferentes laboratórios e conjuntos de amostras. Isso será determinante para transformar descobertas experimentais em ferramentas robustas para a investigação biomédica.
Também existem implicações éticas e práticas a considerar: como os organoides são gerados a partir de células de doentes, torna-se essencial proteger a privacidade dos dados biológicos e estabelecer regras claras sobre armazenamento, partilha e utilização destas amostras. Ao mesmo tempo, o uso de organoides pode reduzir a necessidade de certas abordagens invasivas, contribuindo para uma investigação mais responsável.
Testar medicamentos em organoides: um caminho para terapias mais personalizadas
A equipa acredita que, no futuro, será possível não só confirmar se um doente tem esquizofrenia ou perturbação bipolar a partir de organoides cerebrais, mas também testar fármacos diretamente nestes modelos. O objetivo seria perceber que concentrações de medicamentos poderiam ajudar a aproximar a atividade neuronal de um padrão considerado saudável.
O estudo foi publicado na revista APL Bioengenharia.
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