Os pesquisadores usaram uma nova tecnologia para imprimir tecido cerebral tridimensionalmente, e suas células se desenvolveram em neurônios funcionais que podem se comunicar entre si em semanas. Eles dizem que esse método poderia ser usado para estudar cérebros saudáveis e não saudáveis, testar drogas ou simplesmente observar como o cérebro se desenvolve.
Criar um órgão que seja o mais próximo possível do real é fundamental para pesquisas que explorem patologias de doenças e testem novos medicamentos. O cérebro enfrenta desafios únicos, incluindo o facto de os neurónios cultivados em laboratório terem de formar ligações funcionais e o tecido cerebral necessitar de suportar estruturas complexas e delicadas.
Pesquisadores da Universidade de Wisconsin-Madison (UW-Madison) usaram com sucesso a tecnologia de impressão 3D para imprimir tecido cerebral que cresce e funciona como um cérebro normal.
"Este poderia ser um modelo muito poderoso para nos ajudar a entender como as células cerebrais humanas e partes do cérebro se comunicam. Poderia mudar a maneira como olhamos para a biologia das células-tronco, a neurociência e a patogênese de muitas doenças neurológicas e psiquiátricas", disse Zhang Suchun, autor correspondente do estudo.
O objetivo dos pesquisadores era construir tecido neural em camadas que permitisse que as células progenitoras neurais (NPCs) amadurecessem e formassem conexões (sinapses) dentro e entre as camadas, mantendo a estrutura intacta. Eles escolheram um hidrogel de fibrina composto principalmente de fibrinogênio e trombina como “bioink”, um biomaterial para impressão de tecidos, devido à sua biocompatibilidade com as células nervosas. Tanto o fibrinogênio quanto a trombina desempenham um papel no processo de coagulação.
A alta viscosidade do gel de fibrina dificulta a impressão, por isso os pesquisadores o misturaram com um hidrogel de ácido hialurônico. Um número maior de NPCs colocados na mistura sobreviveram e amadureceram, enquanto a adição de outro tipo de hidrogênio tornou sua biotinta mais macia do que as usadas anteriormente.
Em vez de usar métodos tradicionais de impressão 3D de empilhamento vertical, que exigem a impressão de camadas espessas de biotinta resistente, os pesquisadores criaram tecidos padronizados imprimindo horizontalmente uma camada fina ou tira de gel com infusão de células ao lado de outra camada fina ou tira de gel com infusão de células. Para evitar a mistura das fitas impressas, os pesquisadores usaram trombina como reticulador imediatamente após a mistura ser depositada.
Embora as células impressas permanecessem dentro das camadas designadas, duas a cinco semanas após a impressão, os neurônios formaram conexões sinápticas funcionais dentro e entre as camadas.
“O tecido ainda tem estrutura suficiente para mantê-lo unido, mas é macio o suficiente para permitir que os neurônios cresçam uns com os outros e iniciem conversas”, disse Zhang. “Nosso tecido é mantido relativamente fino, o que torna mais fácil para os neurônios obterem oxigênio e nutrientes suficientes do meio de crescimento”.
Os pesquisadores estão tentando imprimir tecido cerebral usando diferentes combinações de células em biotintas.
"Imprimimos o córtex cerebral e o corpo estriado e o que descobrimos foi incrível", disse Zhang. “Mesmo que tenhamos impresso diferentes células que pertencem a diferentes partes do cérebro, elas ainda eram capazes de se comunicar entre si de uma forma muito específica e específica”.
Os pesquisadores dizem que seu método permite um controle preciso sobre o tipo e a disposição das células, algo que não é possível com tecidos de órgãos e outros métodos de impressão. E a tecnologia de impressão não requer equipamentos especiais ou métodos de cultura para manter o tecido saudável, o que significa que pode ser usada por muitos laboratórios.
“Nosso laboratório é muito especial porque somos capazes de produzir quase qualquer tipo de neurônio a qualquer momento, e então podemos reuni-los quase a qualquer momento e de qualquer forma para ter um sistema definido para estudar como funcionam as redes do cérebro humano”, disse Zhang.
Os pesquisadores planejam melhorar a biotinta e o equipamento para obter orientação celular específica em tecido impresso.
“No momento, nossa impressora é uma impressora comercial de mesa”, disse Yuanwei Yan, principal autor do estudo. “Podemos fazer algumas melhorias especializadas que nos ajudem a imprimir tipos específicos de tecido cerebral sob demanda”.
Os pesquisadores dizem que o tecido cerebral impresso poderia ser usado para estudar a sinalização célula a célula na síndrome de Down, interações entre tecidos saudáveis e tecidos afetados pela doença de Alzheimer, testar novos candidatos a medicamentos ou simplesmente observar o desenvolvimento do cérebro.
A pesquisa foi publicada na revista Cell Stem Cells.