Pesquisadores estão cultivando tecidos cerebrais humanos, de chipanzés e de macacos no laboratório para entender o que nos diferencia.
O cérebro humano é claramente único de alguma forma, já que somos o único animal que pode criar e postar memes online e voar para o espaço. Mas ainda existem perguntas sobre por que somos diferentes de nossos parentes próximos, dos outros grandes símios, e é difícil acessar o tecido cerebral necessário para estudar essas diferenças. Uma equipe de cientistas espera explorar o assunto de uma maneira que somente os humanos possam: com a ajuda do sequenciamento genético e dos organoides, órgãos em miniatura cultivados a partir de células-tronco em placas de Petri.
“Ao estudar o desenvolvimento não apenas de nossa própria espécie, mas de nossos parentes vivos mais próximos, você pode começar a entender os mecanismos que levam à diferença entre nossas células e tecidos”, disse J. J. Gray Camp, principal autor do estudo e líder do Instituto de Oftalmologia Molecular e Clínica em Basileia, Suíça, ao Gizmodo. “Agora temos as ferramentas para fazer isso: células-tronco pluripotentes induzidas, CRISPR, organoides e genômica de célula única”.
As células-tronco são um tipo de célula base que podem se transformar em outros tipos de células mais especializadas, enquanto as células-tronco pluripotentes induzidas, iPSCs, são células-tronco que os cientistas criaram a partir de outras células.
Nesse caso, pesquisadores liderados por Sabina Kanton, Michael James Boyle e Zhisong He, do Instituto Max Planck de Antropologia Evolucionária, criaram iPSCs a partir de glóbulos brancos retirados de amostras de sangue de humanos e animais de zoológicos. Então, usando vários ingredientes, elas podem persuadir essas células a progredir nos estágios do desenvolvimento inicial do cérebro, semelhante ao que os embriões em desenvolvimento sofrem, até começarem a se especializar e se tornarem pedaços tridimensionais de tecido cerebral.
Os pesquisadores observaram por quatro meses como os organoides do cérebro humano, do macaco e do chimpanzé cresceram e as células começaram a se especializar. Eles coletaram amostras para traçar o perfil do RNA nas células individuais – essencialmente, quais partes do DNA a célula está realmente usando para produzir proteínas e como isso difere entre as células. Usando esses dados, eles criaram um “atlas” dos genes específicos do homem e os mecanismos genéticos que alteravam a aparência das células durante o desenvolvimento. Os pesquisadores também compararam seus organoides a tecidos retirados de humanos mortos, chimpanzés, bonobos e macacos, registrando quais mudanças específicas ocorrem tanto nos cérebros de adultos como em desenvolvimento, e quais ocorrem apenas em adultos.
Este estudo não se aprofundou em diferenças específicas na maneira como os genes afetavam a estrutura em larga escala do próprio organoide, explicou Camp. No entanto, eles observaram que os organoides humanos pareciam menos desenvolvidos durante o mesmo período de tempo que os cérebros dos chimpanzés e macacos, talvez evidências de tempos de maturação mais lentos vistos em estudos anteriores, de acordo com o artigo publicado hoje na Nature.
Um pesquisador não envolvido no estudo, Alex Polle, professor assistente da Universidade da Califórnia, em San Francisco, disse ao Gizmodo que este estudo foi um importante passo pela maneira como recapitulou as diferenças entre o desenvolvimento do cérebro do macaco, chipanzé e humano. Ele ficou especialmente empolgado com o modo como os pesquisadores observaram as diferenças nos cérebros, que levaram a diferenças no tecido cerebral real. No entanto, ele disse que será necessária “muita pesquisa” antes que este modelo experimental possa realmente modelar células cerebrais maduras.
Outro pesquisador não envolvido no estudo, Gül Dölen, professor assistente de neurociência da Universidade Johns Hopkins, alertou que existem complexidades no desenvolvimento cerebral que os organoides não podem capturar e que muito desenvolvimento cerebral ocorre muito depois de nascermos. Além disso, ela disse, há mais do que apenas genética na história; também envolve a fiação entre as células do cérebro.
E sim, perguntei a Camp se ele já pensou sobre o fato de estar trabalhando com mini cérebros e se os cérebros gostavam de ser experimentados. Ele disse que esses organoides carecem de muitas estruturas que os cérebros reais têm e têm uma atividade elétrica mínima.
Ainda assim, os pesquisadores por trás do novo artigo esperam ter produzido um recurso que outras pessoas possam usar para explicar melhor o que nos torna humanos. Talvez os cientistas possam realizar esforços semelhantes usando organoides para entender outras diferenças, como em nossos sistemas respiratório ou digestivo. Camp disse que está feliz por ver o experimento concretizado: “É incrível que isso seja possível”.