Foram cultivados mais de 400 tipos diferentes de células nervosas - muito mais do que nunca
Os modelos de cultura celular com células deste tipo são de interesse para a investigação de doenças, bem como para testar novos medicamentos na investigação farmacêutica
Pela primeira vez, investigadores da ETH Zurich conseguiram produzir centenas de tipos diferentes de células nervosas a partir de células estaminais humanas em placas de Petri. No futuro, será assim possível investigar doenças neurológicas utilizando culturas de células em vez de testes em animais.
As células nervosas não são apenas células nervosas. De acordo com os cálculos mais recentes, existem entre várias centenas e vários milhares de tipos diferentes de células nervosas no cérebro humano. Estes tipos de células variam na sua função, no número e comprimento dos seus apêndices celulares e nas suas interconexões. Emitem diferentes neurotransmissores para as nossas sinapses e, dependendo da região do cérebro - por exemplo, o córtex cerebral ou o mesencéfalo - diferentes tipos de células estão activos.
No passado, quando os cientistas produziam células nervosas a partir de células estaminais em placas de Petri para as suas experiências, não era possível ter em conta a sua vasta diversidade. Até agora, os investigadores só tinham desenvolvido processos para cultivar algumas dezenas de tipos diferentes de células nervosas in vitro. Para tal, recorreram à engenharia genética ou à adição de moléculas de sinalização para ativar determinadas vias de sinalização celular. No entanto, nunca chegaram perto de atingir a diversidade de centenas ou milhares de tipos de células nervosas diferentes que existe atualmente.
"Os neurónios derivados de células estaminais são frequentemente utilizados para estudar doenças. Mas até agora, os investigadores têm muitas vezes ignorado os tipos exactos de neurónios com que estão a trabalhar", afirma Barbara Treutlein, Professora do Departamento de Ciência e Engenharia de Biossistemas da ETH Zurich, em Basileia. No entanto, esta não é a melhor abordagem para este tipo de trabalho. "Se quisermos desenvolver modelos de cultura de células para doenças e perturbações como Alzheimer, Parkinson e depressão, temos de ter em consideração o tipo específico de célula nervosa envolvida."
O rastreio sistemático foi a chave do sucesso
Treutlein e a sua equipa já produziram com sucesso mais de 400 tipos diferentes de células nervosas. Ao fazê-lo, os cientistas abriram caminho para uma investigação neurológica básica mais precisa com experiências de cultura de células.
Os investigadores do ETH conseguiram este feito trabalhando com uma cultura de células estaminais pluripotentes induzidas humanas que tinham sido geradas a partir de células sanguíneas. Nestas células, utilizaram a engenharia genética para ativar determinados genes reguladores neuronais e trataram as células com vários morfogénios, uma classe especial de moléculas sinalizadoras. Treutlein e a sua equipa adoptaram uma abordagem sistemática, utilizando sete morfogénios em diferentes combinações e concentrações nas suas experiências de seleção. Isto resultou em quase 200 conjuntos diferentes de condições experimentais.
Os investigadores utilizaram várias análises para provar que tinham produzido mais de 400 tipos diferentes de células nervosas na sua experiência. Examinaram o ARN (e, por conseguinte, a atividade genética) ao nível das células individuais, bem como o aspeto exterior das células e a sua função: por exemplo, que tipo de apêndice celular tinham em que quantidades e que impulsos nervosos eléctricos emitiam.
Os investigadores compararam depois os seus dados com informações de bases de dados de neurónios do cérebro humano. Deste modo, puderam identificar os tipos de células nervosas criadas, como as que se encontram no sistema nervoso periférico ou as células cerebrais e a parte do cérebro de onde provêm, se sentem dor, frio ou movimento, etc.
Neurónios in vitro para investigação de ingredientes activos
Treutlein esclarece que ainda estão longe de produzir todos os tipos de células nervosas que existem in vitro. No entanto, os investigadores têm agora acesso a um número muito maior de tipos de células diferentes do que tinham anteriormente.
Os investigadores gostariam de utilizar as células nervosas in vitro para desenvolver modelos de cultura de células para estudar doenças neurológicas graves, incluindo a esquizofrenia, a doença de Alzheimer, a doença de Parkinson, a epilepsia, as perturbações do sono e a esclerose múltipla. Os modelos de cultura de células deste tipo são também de grande interesse na investigação farmacêutica para testar os efeitos de novos compostos activos em culturas de células sem testes em animais, com o objetivo final de um dia poder curar estas doenças.
No futuro, as células poderão também ser utilizadas para a terapia de substituição celular, que envolve a substituição de células nervosas doentes ou mortas no cérebro por novas células humanas.
Mas há um desafio a ultrapassar antes que isso possa acontecer: os investigadores produziram frequentemente uma mistura de vários tipos diferentes de células nervosas nas suas experiências. Estão agora a trabalhar para otimizar o seu método de modo a que cada condição experimental produza apenas um tipo específico de células. Já têm algumas ideias iniciais sobre a forma de o conseguir.
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Publicação original
Hsiu-Chuan Lin, Jasper Janssens, Benedikt Eisinger, Philipp Hornauer, Ann-Sophie Kroell, Malgorzata Santel, Maria Pascual-Garcia, Ryoko Okamoto, Kyriaki Karava, Zhisong He, Marthe Priouret, Manuel Schröter, J. Gray Camp, Barbara Treutlein; "Human neuron subtype programming via single-cell transcriptome-coupled patterning screens"; Science, Volume 389
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