Os pesquisadores usaram células-tronco neurais humanas para imprimir tridimensionalmente tecido cerebral funcional que imita a estrutura do córtex cerebral, a camada mais externa do cérebro. Esta tecnologia inovadora promete fornecer reparos personalizados para lesões cerebrais.Nossos cérebros possuem estruturas delicadas e complexas que podem ser danificadas por trauma, acidente vascular cerebral, epilepsia e cirurgia de remoção de tumor, resultando em dificuldades de comunicação, movimento e cognição. As células estaminais implantadas têm o potencial de regenerar tecido cerebral danificado, mas até agora, a utilização de células estaminais para reconstruir a estrutura cerebral tem sido difícil.
Num novo estudo, investigadores da Universidade de Oxford usaram a impressão 3D de células estaminais neurais humanas para criar um tecido cerebral de camada dupla que foi estrutural e funcionalmente integrado com o tecido cerebral de ratos.
Linna Zhou, uma das autoras correspondentes do estudo, disse: “Nossa tecnologia de impressão de gotículas fornece uma maneira de projetar tecidos vivos tridimensionais com a estrutura desejada, o que nos aproxima da criação de terapias de implantes personalizadas para lesões cerebrais”.
Células-tronco pluripotentes induzidas por humanos (hiPSCs) têm grande potencial na terapia de regeneração tecidual. São células-tronco artificiais derivadas de células somáticas que foram geneticamente reprogramadas para um estado semelhante às células-tronco embrionárias, dando-lhes a capacidade única de se diferenciarem em qualquer tipo de célula do corpo.
No estudo atual, os pesquisadores primeiro diferenciaram as hiPSCs em dois tipos de células progenitoras neurais, que são usadas para formar as camadas superiores e mais profundas do córtex cerebral. Essas células progenitoras específicas de camada foram usadas para criar duas biotintas e impressas em tecidos em camadas usando tecnologia de impressão tridimensional de gotículas. As células progenitoras impressas foram deixadas amadurecer e seu crescimento e atividade monitorados durante uma semana antes do tecido em camadas ser implantado em tecido cerebral de camundongo vivo.
O tecido implantado mostrou forte integração com as células cerebrais do rato, incluindo a formação de processos neuronais – os processos semelhantes a dedos que conduzem e transmitem sinais nervosos – e a migração de neurônios através da fronteira entre o implante e o hospedeiro. As células implantadas também apresentaram atividade de sinalização associada às células hospedeiras, indicando que as células estavam se comunicando entre si e apresentavam integração funcional e estrutural.
Zoltán Molnár, outro autor correspondente do estudo, disse: "O desenvolvimento do cérebro humano é um processo sutil e delicado com orquestração complexa. Seria ingênuo pensar que podemos reproduzir todo o processo de desenvolvimento celular em laboratório. No entanto, nosso projeto de impressão 3D mostra que fizemos progressos substanciais no controle do destino e do arranjo das iPSCs humanas para formar as unidades funcionais básicas do córtex cerebral."
Como o córtex cerebral humano tem até seis camadas de células nervosas, os pesquisadores planejam melhorar a tecnologia de impressão tridimensional de gotículas para criar tecidos multicamadas mais complexos para simular de forma mais realista as estruturas cerebrais. Além do tecido impresso ser potencialmente usado para reparar danos cerebrais, eles dizem que também poderia ser usado para testes de drogas, pesquisas de desenvolvimento cerebral e para melhorar nossa compreensão da cognição.
Jin Yongcheng, o primeiro autor do estudo, disse: "Este progresso marca um passo importante em nossos esforços para criar materiais com a estrutura e função completas do tecido cerebral natural. Este trabalho proporcionará uma oportunidade única para explorar os princípios de funcionamento do córtex cerebral humano e, a longo prazo, trará esperança aos pacientes com lesões cerebrais."
A pesquisa foi publicada na revista Nature Communications.