Mini cérebros revelam sinais claros de esquizofrenia e transtorno bipolar
Pesquisadores conseguiram cultivar cérebros do tamanho de ervilhas em laboratório, oferecendo uma visão sem precedentes sobre como os neurônios se comportam de maneira diferente na esquizofrenia e no transtorno bipolar. Essas condições psiquiátricas afetam milhões de pessoas em todo o mundo, mas continuam a ser difíceis de diagnosticar, já que os cientistas ainda não compreendem completamente suas causas moleculares subjacentes.
As descobertas podem eventualmente ajudar os médicos a reduzir os erros no diagnóstico e tratamento de transtornos mentais. Atualmente, muitas condições psiquiátricas são identificadas apenas através de julgamento clínico e tratadas com uma abordagem de tentativa e erro em relação aos medicamentos.
A pesquisa foi publicada na revista APL Bioengineering.
Desafios no Diagnóstico da Esquizofrenia e do Transtorno Bipolar
“Esquizofrenia e transtorno bipolar são muito difíceis de diagnosticar porque nenhuma parte específica do cérebro é ativada. Não há enzimas específicas sendo ativadas como no caso do Parkinson, outra doença neurológica em que os médicos podem diagnosticar e tratar com base nos níveis de dopamina, mesmo que ainda não tenha cura adequada”, afirmou Annie Kathuria, engenheira biomédica da Universidade Johns Hopkins, que liderou o estudo. “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 nesses organoides para descobrir quais concentrações podem ajudá-los a atingir um estado saudável.”
Desenvolvimento e Estudo de Organoides Cerebrais
Para realizar o estudo, a equipe de Kathuria criou organoides cerebrais, que são versões simplificadas de órgãos humanos reais. Eles começaram transformando células sanguíneas e de pele de pacientes com esquizofrenia, transtorno bipolar e de indivíduos saudáveis em células-tronco capazes de se desenvolver em tecido semelhante ao cerebral.
A equipe, então, utilizou ferramentas de aprendizado de máquina para analisar a atividade elétrica das células dentro desses cérebros em miniatura. No cérebro humano, os neurônios se comunicam enviando breves sinais elétricos uns aos outros, e os pesquisadores se concentraram em identificar padrões de atividade relacionados ao funcionamento cerebral saudável e doentio.
Biomarcadores Elétricos para Identificar Doenças Mentais
Os cientistas descobriram que características específicas do comportamento elétrico dos organoides atuavam como biomarcadores para esquizofrenia e transtorno bipolar. Usando apenas esses sinais, conseguiram identificar corretamente de quais organoides eram os pacientes afetados em 83% das vezes. Quando o tecido recebeu estimulação elétrica suave projetada para aumentar a atividade neural, a precisão subiu para 92%.
Os padrões que descobriram eram complexos e altamente específicos. Neurônios de pacientes com esquizofrenia e transtorno bipolar mostraram picos de disparo e mudanças de tempo incomuns em várias medições elétricas, criando uma assinatura distinta para cada condição.
“Pelo menos molecularmente, podemos verificar o que dá errado quando estamos criando esses cérebros em uma placa e distinguir entre organoides de uma pessoa saudável, um paciente esquizofrênico ou um paciente bipolar com base nessas assinaturas de eletrofisiologia”, disse Kathuria. “Acompanhamos os sinais elétricos produzidos pelos neurônios durante o desenvolvimento, comparando-os com organoides de pacientes sem esses transtornos mentais.”
Uso de Microchips para Mapear Atividade Cerebral
Para entender melhor como os neurônios formavam redes, os pesquisadores colocaram os organoides em microchips equipados com matrizes de múltiplos eletrodos dispostas em uma grade. Essa configuração permitiu a coleta de dados de maneira semelhante a um pequeno eletroencefalograma, ou EEG, o teste que os médicos usam para medir a atividade cerebral em pacientes.
Uma vez totalmente desenvolvidos, os organoides atingiram cerca de três milímetros de diâmetro. Eles continham múltiplos tipos de células neurais normalmente encontradas no córtex pré-frontal do cérebro, uma região envolvida em pensamentos de nível superior. Os cérebros em miniatura também produziram mielina, uma substância que isola as células nervosas e ajuda os sinais elétricos a se deslocarem de forma mais eficiente.
Rumo a Tratamentos Psiquiátricos Personalizados
O estudo incluiu amostras de apenas 12 pacientes, mas Kathuria acredita que os resultados apontam para aplicações clínicas significativas. Os organoides poderiam, eventualmente, servir como uma plataforma de testes para medicamentos psiquiátricos antes de esses fármacos serem prescritos para os pacientes.
A equipe está agora colaborando com neurocirurgiões, psiquiatras e neurocientistas da Escola de Medicina Johns Hopkins. Eles estão coletando amostras adicionais de sangue de pacientes psiquiátricos para estudar como diferentes concentrações de medicamentos afetam a atividade dos organoides. Mesmo com um número limitado de amostras, os pesquisadores acreditam que podem sugerir doses de medicação que ajudem a restaurar padrões neurais mais saudáveis.
“É assim que a maioria dos médicos prescreve esses medicamentos, com um método de tentativa e erro que pode levar seis ou sete meses para encontrar o medicamento certo”, disse Kathuria. “A clozapina é o medicamento mais comum prescrito para esquizofrenia, mas cerca de 40% dos pacientes são resistentes a ele. Com nossos organoides, talvez não precisemos passar por esse período de tentativa e erro. Talvez possamos dar a eles o medicamento certo mais rápido.”
