Talento

O neurobiologista que cultivou tecidos do 'minicéfalo' em um prato
A preparação de proteína que eu estava usando para revestir o fundo do prato era bastante velha, o que significava que as células não estavam grudando como deveriam, em vez disso, formaram essas bolas flutuantes.
Por Charis Goodyear - 20/09/2021



Quando a tentativa de Madeline Lancaster de cultivar células-tronco neurais "falhou", ela não tinha ideia de que as bolas flutuantes de células que viu em sua placa de Petri, decididamente não fazendo o que ela queria, eram na verdade tecidos cerebrais em miniatura. Eles revolucionariam nossa capacidade de estudar os primeiros estágios do desenvolvimento do cérebro e nos levariam mais perto de responder: o que nos torna humanos?

Eu comecei a cultivar células-tronco neurais na superfície de uma placa de Petri, mas em um dia percebi que algo estava errado. A preparação de proteína que eu estava usando para revestir o fundo do prato era bastante velha, o que significava que as células não estavam grudando como deveriam, em vez disso, formaram essas bolas flutuantes.

Muitas pessoas provavelmente teriam jogado essas bolas de células fora, mas eu as deixei continuar crescendo. Em pouco tempo, pude ver estruturas dentro deles que, como neurobiologista, reconheci como certas características que você veria no cérebro.

Foi um acaso no sentido de que esses seres simplesmente apareciam no prato quando eu não os esperava. O momento também foi muito bom, pois a descoberta aconteceu no início da minha bolsa de pós-doutorado, o que significava que eu estava livre para explorar e deixar que quaisquer observações que fizesse me guiassem.

Após a empolgação inicial, houve muito trabalho árduo para transformar essas pequenas bolas de células em tecidos. Nos próximos meses a um ano, eu repetiria esses experimentos, adicionando diferentes combinações de suplementos "alimentares" às células, registrando diligentemente o resultado em meu livro de laboratório. Por fim, descobri que um determinado gel de proteína chamado Matrigel fornecia suporte suficiente para permitir que as células se autoorganizassem em tecidos tridimensionais.

Madeline Lancaster em laboratório

Esses tecidos tridimensionais são conhecidos como organoides - que significa literalmente 'semelhantes a órgãos'. E isso é exatamente o que eles são - eles são tecidos de órgãos em miniatura que se assemelham a órgãos reais, por exemplo, eles têm os mesmos tipos de células, estrutura e função semelhantes. Dependendo do tipo de células-tronco utilizadas, desenvolvem-se diferentes organóides. No meu caso, usei células neurais para desenvolver organóides cerebrais ou "minicérebros", como às vezes são chamados, mas outros em Cambridge agora estão cultivando tecidos de minipulmão, minigut e minifígado.

Estudar o cérebro humano é um desafio. Embora os modelos animais tenham nos ajudado a entender os mecanismos fundamentais, eles só podem nos levar até certo ponto. Novamente, neurônios derivados de células-tronco humanas crescidos em 2D forneceram informações valiosas sobre as próprias células, mas os neurônios não existem isoladamente e, portanto, há um limite para o quanto podemos entender sobre a forma como o cérebro funciona a partir desses estudos.

Os organóides cerebrais nos dão algo que se parece e se comporta muito mais como a coisa real. Eles nos permitiram fazer perguntas sobre por que somos exclusivamente suscetíveis a condições neurológicas e de saúde mental, como a esquizofrenia, que parecem não afetar os animais. E, um foco particular do meu laboratório, é o que torna o cérebro humano tão especial.

Compreender o que nos diferencia dos outros animais é uma questão fundamental. Por exemplo, sabemos que os golfinhos são inteligentes e têm cérebros grandes, mas não estão conversando sobre o Zoom!

Os cérebros dos grandes macacos são cerca de três vezes menores do que os nossos - na verdade, meus cálculos recentes mostraram que eles têm um tamanho mais próximo do cérebro de um rato! Estamos realmente interessados ​​em saber como ocorre essa diferença de tamanho.

Cultivamos organóides a partir de células de humanos e de nossos parentes vivos mais próximos: chimpanzés e gorilas. Descobrimos que havia diferenças no início do desenvolvimento. As células-tronco humanas foram mais lentas do que nossos parentes macacos na transição para um estado que permitiria o crescimento dos neurônios. Essa variação muito sutil neste estágio-chave, quando as células estão se expandindo exponencialmente, tem efeitos dramáticos no produto final.

Também descobrimos que os organóides humanos têm o dobro do tamanho, em comparação com o chimpanzé e o gorila. Isso combina muito bem com o que você vê em termos de tamanho do cérebro. Especificamente, no córtex cerebral, o número de neurônios no cérebro humano é o dobro do cérebro dos grandes macacos.

Para usar a analogia de um computador - se você colocar mais unidades centrais de processamento, terá mais poder de computação. Acho que é provavelmente uma grande parte do que está acontecendo e permitindo que os humanos tenham nossas capacidades cognitivas únicas.

Ciência é como explorar. Quinhentos anos atrás, as pessoas mapeavam o mundo. Agora nos voltamos para dentro e estamos tentando mapear o que está acontecendo dentro de nossos corpos. Cada experimento é uma descoberta. É muito divertido olhar ao microscópio e saber que você é a primeira pessoa na história da humanidade a testemunhar um fenômeno biológico específico. É tão emocionante.

Gosto de pensar que descobertas profundas podem vir de observações inesperadas. Há muita sorte na ciência, mas você também precisa estar aberto a isso. Na ciência somos ensinados a seguir o método científico, o que é muito importante, mas muita gente se esquece do primeiro passo, que é fazer uma observação.

Estou animado para ver como os organoides podem ajudar a responder a outras perguntas de pesquisa. Por exemplo, vemos cada vez mais interesse em usar a ferramenta para estudar a barreira hematoencefálica, epilepsia e neurodegeneração.

Recentemente, tornei-me um membro do Clare Hall. Estou realmente ansioso para interagir com outros pesquisadores da comunidade de Cambridge. Acho que muitas vezes é fácil nos concentrarmos em nosso campo específico, mas há muito que podemos aprender com todas as disciplinas. Frequentemente, estamos fazendo perguntas muito semelhantes, mas abordando isso de ângulos diferentes. Acho que, no final das contas, precisaremos de respostas de todos os assuntos para desvendar o que nos torna humanos.

Madeline Lancaster é líder de grupo no Laboratório de Biologia Molecular do Medical Research Council (MRC) em Cambridge e membro oficial do Clare Hall.

 

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