Mapas celulares incrivelmente detalhados ajudam a preparar o caminho para uma nova geração de tratamentos. Uma equipe internacional de cientistas mapeou a composição genética, celular e estrutural do cérebro humano e dos cérebros de primatas não humanos. Através do financiamento do Programa de Avanço de Neurotecnologias Inovadoras da Pesquisa do Cérebro dos Institutos Nacionais de Saúde, os cientistas estão obtendo uma compreensão mais profunda da estrutura cerebral, resultando em uma compreensão mais profunda da base celular da função e disfunção cerebral, abrindo caminho para uma nova geração de terapias de precisão para pacientes com transtornos mentais e outras doenças cerebrais.
Os investigadores mapearam a composição genética e celular dos cérebros de primatas humanos e não humanos, proporcionando a possibilidade de obter informações sobre a função cerebral e tratar doenças. Esta pesquisa faz parte da Iniciativa BRAIN, que publicou um total de 24 artigos e espera-se que faça progressos transformadores no campo da neurociência.
Os resultados desta pesquisa foram publicados em 24 coleções de artigos nas revistas "Science", "Science Advances" e "Science Translational Medicine".
"Mapear as células do cérebro é um passo crítico na compreensão de como este importante órgão funciona na saúde e na doença", disse Joshua A. Gordon, MD, diretor do Instituto Nacional de Saúde Mental. “Estes novos atlas celulares detalhados dos cérebros de primatas humanos e não humanos fornecem a base para a concepção de novos tratamentos que visam células cerebrais específicas e circuitos cerebrais envolvidos em doenças cerebrais”.
Principais descobertas e insights
Nesta última coleção de artigos da BRAIN Initiative Cell Census Network (BICCN), 24 artigos descrevem em detalhes a diversidade incomumente complexa de células cerebrais no cérebro humano e em primatas não humanos. Esses estudos descobriram semelhanças e diferenças na forma como as células são organizadas e os genes são regulados nos cérebros de primatas humanos e não humanos. Por exemplo, três artigos da coleção propuseram pela primeira vez um atlas celular do cérebro humano adulto e mapearam a transcrição e o epigenoma do cérebro. O transcriptoma é a coleção completa de leituras genéticas em uma célula que contém as instruções para produzir proteínas e outros produtos celulares. O epigenoma refere-se às modificações químicas do DNA e dos cromossomos de uma célula que alteram a forma como a informação genética da célula é expressa.
Num outro artigo, uma comparação das propriedades celulares e moleculares do cérebro humano e de vários primatas não humanos (chimpanzés, gorilas, macacos e saguis) revelou semelhanças claras nos tipos, proporções e organização espacial das células corticais em humanos e primatas não humanos. Estudos de expressão genética em células corticais cerebrais em diferentes espécies sugerem que mudanças relativamente pequenas na expressão genética em linhagens humanas levam a mudanças na fiação neuronal e na função sináptica que podem tornar o cérebro humano mais plástico, apoiando a capacidade do cérebro humano de se adaptar, aprender e mudar.
Um estudo que explorou como as células mudam em diferentes regiões do cérebro dos saguis encontrou uma ligação entre as propriedades das células do cérebro adulto e as propriedades dessas células durante o desenvolvimento. Esta ligação sugere que os programas de desenvolvimento estão incorporados nas células à medida que se formam e são mantidos na idade adulta, e que algumas das propriedades celulares observáveis na idade adulta podem ter origem no início da vida. A descoberta pode levar a novos insights sobre o desenvolvimento e funcionamento do cérebro ao longo da vida.
A exploração da anatomia e fisiologia dos neurônios na camada mais externa do neocórtex revelou diferenças entre os cérebros humanos e de camundongos, sugerindo que esta região pode ser um hotspot evolutivo, com mudanças em humanos refletindo maiores requisitos para regular circuitos cerebrais mais complexos em humanos.
BICCN é um esforço pioneiro para compreender a composição celular do cérebro. O seu principal objetivo é construir um inventário abrangente de células cerebrais - onde estão, como se desenvolvem, como funcionam em conjunto e como regulam a sua atividade - para compreender melhor como as doenças cerebrais se desenvolvem, progridem e são melhor tratadas.
"Esta série de estudos é um marco na revelação da complexidade do cérebro humano no nível celular", disse o Dr. John Ngai, diretor do NIH Brain Program. "As colaborações científicas forjadas através do BICCN estão impulsionando este campo a um ritmo exponencial; o progresso e as possibilidades são simplesmente de tirar o fôlego."
O censo dos tipos de células cerebrais nos cérebros de primatas humanos e não humanos, focado neste artigo, é um passo crítico para o desenvolvimento de futuros tratamentos cerebrais. Essas descobertas também lançaram as bases para a Rede Cell Atlas da Iniciativa BRAIN. A Cell Atlas Network da Iniciativa BRAIN é um projeto transformador que une dois outros projetos de grande escala - a Iniciativa BRAIN Connectivity Across Scales e o Armamentarium for Precision Brain Cell Access - que visam revolucionar a pesquisa em neurociência, elucidando os princípios fundamentais subjacentes aos circuitos que governam o comportamento e informam novas abordagens para o tratamento de doenças cerebrais humanas.