Talento

O neurobiologista que cultivou tecidos do 'minicanãfalo' em um prato
A preparaça£o de protea­na 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 esta¡gios do desenvolvimento do cérebro e nos levariam mais perto de responder: o que nos torna humanos?

Eu comecei a cultivar células-tronco neurais nasuperfÍcie de uma placa de Petri, mas em um dia percebi que algo estava errado. A preparação de protea­na 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 caracteri­sticas que vocêveria 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 ini­cio da minha bolsa de pa³s-doutorado, o que significava que eu estava livre para explorar e deixar que quaisquer observações que fizesse me guiassem.

Apa³s a empolgação inicial, houve muito trabalho a¡rduo para transformar essas pequenas bolas de células em tecidos. Nos pra³ximos meses a um ano, eu repetiria esses experimentos, adicionando diferentes combinações de suplementos "alimentares" a s células, registrando diligentemente o resultado em meu livro de laboratório. Por fim, descobri que um determinado gel de protea­na 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 éexatamente o que eles são - eles são tecidos de órgãos em miniatura que se assemelham a órgãos reais, por exemplo, eles tem os mesmos tipos de células, estrutura e função semelhantes. Dependendo do tipo de células-tronco utilizadas, desenvolvem-se diferentes organa³ides. No meu caso, usei células neurais para desenvolver organa³ides cerebrais ou "minicérebros", como a s vezes são chamados, mas outros em Cambridge agora estãocultivando tecidos de minipulma£o, minigut e minifa­gado.

Estudar o cérebro humano éum desafio. Embora os modelos animais tenham nos ajudado a entender os mecanismos fundamentais, eles são podem nos levar atécerto ponto. Novamente, neura´nios derivados de células-tronco humanas crescidos em 2D forneceram informações valiosas sobre as próprias células, mas os neura´nios não existem isoladamente e, portanto, háum limite para o quanto podemos entender sobre a forma como o cérebro funciona a partir desses estudos.

Os organa³ides cerebrais nos da£o 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 neurolégicas e de saúde mental, como a esquizofrenia, que parecem não afetar os animais. E, um foco particular do meu laboratório, éo que torna o cérebro humano tão especial.

Compreender o que nos diferencia dos outros animais éuma questãofundamental. Por exemplo, sabemos que os golfinhos são inteligentes e tem cérebros grandes, mas não estãoconversando sobre o Zoom!

Os cérebros dos grandes macacos são cerca de três vezes menores do que os nossos - na verdade, meus ca¡lculos recentes mostraram que eles tem um tamanho mais pra³ximo do cérebro de um rato! Estamos realmente interessados ​​em saber como ocorre essa diferença de tamanho.

Cultivamos organa³ides a partir de células de humanos e de nossos parentes vivos mais pra³ximos: chimpanzanãs e gorilas. Descobrimos que havia diferenças no ini­cio do desenvolvimento. As células-tronco humanas foram mais lentas do que nossos parentes macacos na transição para um estado que permitiria o crescimento dos neura´nios. Essa variação muito sutil neste esta¡gio-chave, quando as células estãose expandindo exponencialmente, tem efeitos drama¡ticos no produto final.

Tambanãm descobrimos que os organa³ides humanos tem o dobro do tamanho, em comparação com o chimpanzée o gorila. Isso combina muito bem com o que vocêvaª em termos de tamanho do cérebro. Especificamente, no cortex cerebral, o número de neura´nios no cérebro humano éo dobro do cérebro dos grandes macacos.

Para usar a analogia de um computador - se vocêcolocar mais unidades centrais de processamento, tera¡ mais poder de computação. Acho que éprovavelmente uma grande parte do que estãoacontecendo e permitindo que os humanos tenham nossas capacidades cognitivas únicas.

Ciência écomo explorar. Quinhentos anos atrás, as pessoas mapeavam o mundo. Agora nos voltamos para dentro e estamos tentando mapear o que estãoacontecendo dentro de nossos corpos. Cada experimento éuma descoberta. a‰ muito divertido olhar ao microsca³pio e saber que vocêéa primeira pessoa na história da humanidade a testemunhar um fena´meno biola³gico especa­fico. a‰ tão emocionante.

Gosto de pensar que descobertas profundas podem vir de observações inesperadas. Ha¡ muita sorte na ciaªncia, mas vocêtambém precisa estar aberto a isso. Na ciência somos ensinados a seguir o manãtodo cienta­fico, o que émuito importante, mas muita gente se esquece do primeiro passo, que éfazer 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 hematoencefa¡lica, 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 éfa¡cil nos concentrarmos em nosso campo especa­fico, mas hámuito que podemos aprender com todas as disciplinas. Frequentemente, estamos fazendo perguntas muito semelhantes, mas abordando isso de a¢ngulos diferentes. Acho que, no final das contas, precisaremos de respostas de todos os assuntos para desvendar o que nos torna humanos.

Madeline Lancaster élider de grupo no Laborata³rio de Biologia Molecular do Medical Research Council (MRC) em Cambridge e membro oficial do Clare Hall.

 

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