Cérebros do tamanho de ervilhas cultivados em laboratório revelaram pela primeira vez a maneira única como os neurônios podem falhar devido à esquizofrenia e ao transtorno bipolar, doenças psiquiátricas que afetam milhões de pessoas no mundo todo, mas são difíceis de diagnosticar devido à falta de compreensão de sua base molecular.

As descobertas podem eventualmente ajudar os médicos a reduzir erros humanos ao abordar esses e outros transtornos de saúde mental que atualmente só podem ser diagnosticados com julgamento clínico e tratados com abordagens medicamentosas de tentativa e erro.

"Esquizofrenia e transtorno bipolar são muito difíceis de diagnosticar porque nenhuma parte específica do cérebro é ativada. Nenhuma enzima específica é ativada como no Parkinson, outra doença neurológica que os médicos podem diagnosticar e tratar com base nos níveis de dopamina, mesmo que ainda não haja cura definitiva", disse Annie Kathuria , engenheira biomédica da Universidade Johns Hopkins que liderou a pesquisa. "Nossa esperança é que, no futuro, possamos não apenas confirmar se um paciente é esquizofrênico ou bipolar a partir de organoides cerebrais, mas também começar a testar medicamentos nos organoides para descobrir quais concentrações podem ajudá-lo a atingir um estado saudável."

A equipe de Kathuria projetou os organoides — versões simplificadas de um órgão real — convertendo células sanguíneas e da pele de pacientes esquizofrênicos, bipolares e saudáveis em células-tronco com a capacidade de produzir vários tipos de tecido semelhante a um órgão. Utilizando novos algoritmos de aprendizado de máquina que classificam a atividade elétrica das células do minicérebro, eles identificaram padrões de disparo neural associados a condições saudáveis e não saudáveis. Em cérebros reais, os neurônios se comunicam entre si disparando pequenos impulsos elétricos.

Características distintas da atividade cerebral dos organoides serviram como biomarcadores de esquizofrenia e transtorno bipolar, ajudando a equipe a identificar quais organoides eram provenientes de pacientes com essas condições com uma precisão de 83%. Esse número aumentou para 92% depois que o tecido cerebral recebeu choques elétricos sutis, destinados a revelar mais impulsos neuroelétricos normalmente necessários para a atividade cerebral.

Os padrões recém-descobertos envolviam um comportamento eletrofisiológico complexo, exclusivo de pacientes esquizofrênicos e bipolares, picos de disparos neurais e alterações em intervalos diferentes acontecendo simultaneamente em diferentes parâmetros, o que criou uma assinatura distinta para ambos os transtornos de saúde mental.

Para estudar como as células dos organoides formavam redes neurais entre si, a equipe as colocou em um microchip equipado com conjuntos de múltiplos eletrodos, semelhantes a uma rede elétrica. A configuração ajudou a otimizar os dados como se viessem de um pequeno eletroencefalograma, ou EEG, que os médicos usam para medir a atividade cerebral dos pacientes.

Totalmente desenvolvidos, com cerca de três milímetros de diâmetro, os organoides contêm vários tipos de células neurais encontradas no córtex pré-frontal do cérebro, conhecido por suas funções cognitivas superiores. Eles também contêm mielina, material celular que envolve os nervos como um isolante em torno de fios elétricos para melhorar a rede de sinais necessária para que o cérebro se comunique com o resto do corpo.

A pesquisa envolveu apenas 12 pacientes, mas as descobertas provavelmente terão aplicação clínica no mundo real, disse Kathuria, pois podem ser o início de um importante campo de testes para terapias medicamentosas psiquiátricas.

A equipe está atualmente trabalhando com neurocirurgiões, psiquiatras e outros neurocientistas da Faculdade de Medicina John Hopkins para coletar amostras de sangue de pacientes psiquiátricos e testar como diferentes concentrações de medicamentos podem influenciar seus resultados. Mesmo com uma amostra pequena, a equipe poderia começar a sugerir concentrações de medicamentos que poderiam funcionar em um paciente, se conseguissem normalizar as condições do organoide, disse Kathuria.

"É assim que a maioria dos médicos administra esses medicamentos aos pacientes, com um método de tentativa e erro que pode levar de seis a sete meses para encontrar o medicamento certo", disse Kathuria. "A clozapina é o medicamento mais comumente prescrito para esquizofrenia, mas cerca de 40% dos pacientes são resistentes a ela. Com nossos organoides, talvez não precisemos passar por esse período de tentativa e erro. Talvez possamos administrar o medicamento certo antes disso."