Cientistas cultivaram mais de 400 tipos de células nervosas a partir de células-tronco

Células nervosas não são apenas células nervosas. Quando analisadas com bastante detalhe, as estimativas mais recentes sugerem que existem centenas ou mesmo milhares de tipos diferentes de células nervosas no cérebro humano. Esses tipos diferem em suas funções, no número e na duração de seus processos e na forma como se conectam entre si. Elas liberam diferentes neurotransmissores nas sinapses e, dependendo da área do cérebro — o córtex cerebral ou o mesencéfalo, por exemplo — diferentes tipos de células são ativas.

Quando os cientistas cultivaram células nervosas a partir de células-tronco em placas de Petri para experimentos, não conseguiram contabilizar toda essa diversidade. Até recentemente, os pesquisadores haviam desenvolvido métodos para cultivar apenas algumas dezenas de tipos diferentes de células nervosas in vitro. Para isso, utilizaram abordagens de engenharia genética ou adicionaram moléculas de sinalização para ativar vias de sinalização intracelular específicas. Mas nunca chegaram perto de capturar a diversidade das centenas ou milhares de tipos diferentes de células nervosas que existem no corpo.

"Neurônios derivados de células-tronco são frequentemente usados para estudar doenças. Mas, até agora, os pesquisadores frequentemente ignoravam com quais tipos de neurônios estavam trabalhando", diz Barbara Treutlein, professora do Departamento de Ciência e Engenharia de Biossistemas da ETH Zurique, em Basileia.

No entanto, ela diz que essa não é a melhor abordagem para esse tipo de trabalho.

"Se quisermos desenvolver modelos celulares para estudar doenças e distúrbios como Alzheimer, Parkinson e depressão, precisamos considerar o tipo específico de célula nervosa envolvida no processo patológico."

A triagem sistemática como chave para o sucesso

Treutlein e sua equipe já produziram com sucesso mais de 400 tipos diferentes de células nervosas, abrindo caminho para pesquisas neurológicas fundamentais mais precisas usando culturas de células.

Os cientistas do ETH conseguiram isso trabalhando com uma cultura de células-tronco pluripotentes humanas induzidas, derivadas de células sanguíneas. Nessas células, eles modificaram geneticamente certos genes reguladores neuronais e as trataram com diferentes morfógenos – uma classe especial de moléculas sinalizadoras. A equipe de Treutlein utilizou uma abordagem sistemática: sete morfógenos em diferentes combinações e concentrações em seus experimentos de triagem. Isso, por fim, resultou em quase 200 conjuntos diferentes de condições experimentais.

Morfógenos

Morfógenos são substâncias sinalizadoras conhecidas em estudos do desenvolvimento embrionário. Eles são distribuídos de forma desigual no embrião e, em diferentes concentrações, formam gradientes espaciais. Assim, eles determinam a posição das células no embrião – por exemplo, se uma célula está mais próxima do eixo do corpo ou localizada na parte posterior, no abdômen, na cabeça ou no tronco. Assim, os morfógenos ajudam a determinar quais estruturas se formarão em diferentes partes do corpo.

Os cientistas utilizaram uma variedade de técnicas de análise para demonstrar que conseguiram obter mais de 400 tipos diferentes de células nervosas no experimento. Estudaram o RNA (e, portanto, a atividade genética) em células individuais, bem como a aparência e a função das células, como os tipos de processos celulares que possuíam e os impulsos nervosos elétricos que emitiam.

Os pesquisadores então compararam seus dados com informações de bancos de dados de neurônios do cérebro humano. Isso lhes permitiu determinar os tipos de células nervosas que foram criadas, como células do sistema nervoso periférico ou células cerebrais, bem como a área do cérebro de onde elas se originaram e qual a responsabilidade dessas células – perceber dor, frio, movimento, etc.

Neurônios in vitro para busca de substâncias ativas

Treutlein disse que ainda estão longe de conseguir produzir in vitro todos os tipos de células nervosas existentes no corpo. No entanto, os pesquisadores agora têm acesso a muito mais tipos diferentes de células do que antes.

Eles querem usar neurônios cultivados in vitro para desenvolver modelos celulares para o estudo de doenças neurológicas graves, incluindo esquizofrenia, Alzheimer, Parkinson, epilepsia, distúrbios do sono e esclerose múltipla. Esses modelos celulares também são de grande interesse para a pesquisa farmacêutica, permitindo que os efeitos de novos compostos ativos sejam testados em culturas de células sem o uso de animais, com o objetivo final de um dia descobrir como curar essas doenças.

No futuro, essas células também poderão ser usadas para terapia de substituição celular, na qual células nervosas cerebrais doentes ou mortas são substituídas por novas células humanas.

Mas antes que isso aconteça, há um problema a ser resolvido: em seus experimentos, os pesquisadores frequentemente produziam uma mistura de vários tipos diferentes de células nervosas. Agora, eles estão trabalhando na otimização do método para que cada condição experimental produza apenas um tipo específico de célula. Eles já têm algumas ideias iniciais sobre como fazer isso.