Cientistas da Universidade de Cambridge criaram minúsculos sistemas de cérebro e medula espinhal cultivados em laboratório que imitam como os sinais de movimento viajam pelo sistema nervoso humano. Usando este modelo, a equipa descobriu que danos nervosos outrora considerados permanentes podem, na verdade, ser reversíveis sob certas condições.
À medida que o corpo humano se desenvolve de embrião para feto e eventualmente para bebé, os neurónios formam redes de comunicação complexas entre o cérebro e a medula espinhal. Estes sinais viajam através de axónios, as longas fibras nervosas que permitem aos neurónios enviar mensagens e controlar o movimento muscular. Com o tempo, no entanto, o sistema nervoso central perde em grande parte a sua capacidade de regenerar axónios danificados. Como resultado, lesões no cérebro ou na medula espinhal tornam-se frequentemente permanentes, levando a incapacidades graves como paralisia ou perda de movimento. Esta perda de capacidade regenerativa também está ligada a doenças neurológicas, incluindo doença do neurónio motor e esclerose múltipla.
Em 2021, o Dr. András Lakatos e os seus colegas da Universidade de Cambridge desenvolveram modelos miniatura de cérebro humano usando células estaminais retiradas de pacientes. Estes "organoides cerebrais" do tamanho de uma ervilha assemelhavam-se a partes do córtex cerebral e permitiram aos investigadores estudar alterações moleculares ligadas à doença do neurónio motor e explorar formas de as prevenir. Agora, num novo estudo publicado na Cell Reports, os investigadores expandiram esse trabalho construindo uma versão miniatura do sistema conectado de cérebro e medula espinhal humanos. Como o cérebro e a medula espinhal são estruturas separadas mas conectadas no corpo, a equipa manteve os organoides fisicamente separados no laboratório. Observaram então axónios do tecido cerebral a crescer através do espaço e a conectar-se com o tecido da medula espinhal. O circuito neural resultante era funcional o suficiente para desencadear contrações em minúsculos aglomerados de células musculares.
Os cientistas mantiveram estes sistemas miniatura em laboratório por mais de um ano. Descobriram que até cerca do dia 150 de desenvolvimento, correspondendo aproximadamente ao meio da gravidez, os axónios danificados ainda conseguiam regenerar. Após esse ponto, os neurónios mostraram um declínio acentuado na sua capacidade de regenerar. George Gibbons, do Departamento de Neurociências Clínicas da Universidade de Cambridge e primeiro autor do estudo, disse: "Neurónios retirados de organoides menos maduros regeneraram fibras longas após lesão, mas aqueles de organoides mais maduros mostraram uma queda acentuada na capacidade de regenerar. Por outras palavras, a má regeneração está incorporada nos neurónios humanos à medida que amadurecem no sistema nervoso central."
A equipa analisou a atividade genética em neurónios que conectam o cérebro e a medula espinhal. O seu trabalho revelou uma rede de genes que atua como um interruptor biológico, limitando o crescimento de axónios à medida que os neurónios amadurecem e formam sinapses. Notavelmente, quando os investigadores bloquearam reguladores chave dentro desta rede, os neurónios recuperaram a capacidade de crescer axónios novamente. Os investigadores também pesquisaram uma base de dados de compostos farmacêuticos para identificar medicamentos que afetam esta rede genética recém-identificada. Um candidato promissor foi o linestrenol, um medicamento hormonal atualmente aprovado para certas perturbações menstruais e uso contracetivo. Quando o medicamento foi testado em neurónios danificados, melhorou significativamente o crescimento de axónios.
Os cientistas notaram que tecido cicatricial e inflamação também podem interferir na reparação nervosa após lesão. No entanto, compreender os mecanismos biológicos específicos dos neurónios que limitam a regeneração continua a ser criticamente importante. Evidências anteriores mostraram que neurónios mais jovens podem crescer através de ambientes que normalmente bloqueiam a reparação em locais de lesão. O autor sénior Dr. András Lakatos, que liderou o estudo no Departamento de Neurociências Clínicas, disse: "Quando o cérebro e a medula espinhal são danificados, as fibras nervosas que transportam sinais de movimento do cérebro para a medula espinhal raramente voltam a crescer. É por isso que a paralisia é geralmente permanente. Mas não sabíamos exatamente quando a capacidade dos axónios de regenerar se torna limitada. O nosso modelo fornece uma boa"