O que os cérebros cultivados em laboratório em miniatura revelam sobre os efeitos do Covid-19

O que os cérebros cultivados em laboratório em miniatura revelam sobre os efeitos do Covid-19

O que os cérebros cultivados em laboratório em miniatura revelam sobre os efeitos do Covid-19. Organoides estão ajudando cientistas a estudar o coronavírus.

O que os cérebros cultivados em laboratório em miniatura revelam sobre os efeitos do Covid-19. Organoides estão ajudando cientistas a estudar o coronavírus.
O que os cérebros cultivados em laboratório em miniatura revelam sobre os efeitos do Covid-19. Organoides estão ajudando cientistas a estudar o coronavírus.

Tas minúsculas bolhas de tecido cerebral que Thomas Hartung, MD, PhD, cresce em seu laboratório na Universidade Johns Hopkins, não são muito para se olhar. Apenas pouco visíveis, são pouco mais que manchas brancas mole.

organoidesemitem atividade elétrica como um cérebro real faria. Os que Hartung cresce lembram o cérebro de um feto humano aos cinco meses de desenvolvimento.

Hartung e sua equipe estão usando os organoides do cérebro para entender melhor o SARS-CoV-2, o vírus que causa o Covid-19. O que eles descobriram até agora sobre a suscetibilidade do cérebro ao vírus é preocupante: “São más notícias adicionando uma pilha de más notícias”, diz Hartung ao OneZero .

Os cientistas cultivam organoides há mais de uma década, mas a pandemia atual levou a uma onda de interesse em usá-los para estudar o novo coronavírus. Agora, os pesquisadores estão realizando testes semelhantes com pulmões, tripas e fígados em miniatura, além de “órgãos em lascas” de borracha.

Ainda há muito que os cientistas ainda não sabem sobre o vírus, e os animais de laboratório só podem nos dizer muito. Como muitos animais não ficam com o Covid-19 como as pessoas, os mini-órgãos humanos oferecem uma maneira de aprender quais células o vírus pode infectar e como a infecção danifica o corpo. Além disso, os organoides são uma opção mais rápida e barata do que os animais pesquisados, porque podem ser produzidos em massa às centenas ou milhares de laboratórios. Os cientistas também estão usando mini-órgãos como substitutos de órgãos reais para testar possíveis drogas para tratar o Covid-19.

Antes do Covid-19, os organoides cerebrais ajudavam a desvendar outro mistério viral: por que algumas mulheres grávidas que foram infectadas pelo vírus Zika deram à luz bebês com cérebros e cabeças menores. Quando os cientistas expuseram o mini cérebro ao zika, descobriram que os neurônios ainda em desenvolvimento eram especialmente suscetíveis ao vírus.

Depois que Hartung e seus colegas leram relatos de alguns pacientes do Covid-19 com sintomas neurológicos além dos respiratórios, eles queriam saber se o SARS-CoV-2 também poderia infectar células cerebrais.

Foi o trabalho de C. Korin Bullen, pesquisador de pós-doutorado na Johns Hopkins Medicine, para descobrir. Para trabalhar com o perigoso vírus vivo, ela vestiu um traje de proteção, capas de sapatos, luvas presas aos pulsos e um escudo facial com capuz. Ela então entrou em um laboratório de biossegurança, onde expôs os organoides do cérebro ao coronavírus.

O que ela descobriu foi que o vírus poderia infectar os mini-cérebros e, 72 horas depois, começou a se multiplicar dentro deles, sugerindo que as células cerebrais humanas são suscetíveis ao vírus. Os resultados foram publicados on-line em 26 de junho na revista ALTEX: Alternatives to Animal Experimentation .

“Isso significa que o vírus tem o potencial de infectar células cerebrais humanas, o que está muito alinhado com os muitos sintomas neurológicos observados nos pacientes”, diz Hartung. Incomodador, ele diz que algumas células dos organoides do cérebro continham centenas de partículas virais.

As descobertas esclarecem por que o Covid-19 parece atacar o cérebro em algumas pessoas. No Journal of the American Medical Association, em 10 de abril, pesquisadores chineses relataram que cerca de 36% dos 214 pacientes Covid-19 em um hospital de Wuhan apresentavam sintomas neurológicos além dos respiratórios. E um estudo publicado em 8 de julho na revista Brain descobriu que as complicações neurológicas do Covid-19 podem incluir delírio, inflamação cerebral, derrame e danos nos nervos.

Ainda não se sabe como o vírus causa esses sintomas. É possível que o SARS-CoV-2 possa atravessar ou pelo menos enfraquecer a barreira hematoencefálica, a borda protetora destinada a manter toxinas e patógenos fora do cérebro. Os organoides não possuem essa barreira, então Hartung e sua equipe não puderam testar a capacidade do vírus de penetrá-lo. Mas se o vírus puder afetar o cérebro, poderá ter implicações no desenvolvimento de medicamentos. Para tratar efetivamente pacientes do Covid-19 com sintomas neurológicos, Hartung diz que você pode precisar de um medicamento que possa atravessar a barreira hematoencefálica. Nem todas as drogas podem.

O estudo da Johns Hopkins também levanta preocupações para mulheres grávidas. Como os cérebros humanos reais, os mini-cérebros contêm o mesmo receptor, chamado ACE2, que permite que o vírus entre nas células pulmonares. Embora ainda não haja evidências de que o vírus cause aborto espontâneo, defeitos congênitos ou distúrbios do desenvolvimento, Hartung diz que a possibilidade ainda não pode ser descartada.

Para fazer os mini-cérebros, Hartung e sua equipe começam levando as células da pele de um adulto saudável e reprogramando geneticamente as células para um estado embrionário. Nesse estágio nascente, as células-tronco têm o potencial de se transformar em qualquer outro tipo de célula do corpo. Para convencê-los a se tornarem células cerebrais, os cientistas os alimentam com um coquetel específico de nutrientes e fatores de crescimento. Durante cerca de oito semanas, as células crescem em pedaços de tecido semelhante ao cérebro. Com cerca de 350 micrômetros de diâmetro, os mini-cérebros do laboratório de Hartung são menores que a cabeça de um alfinete.

Um organoide cultivado em laboratório com células cerebrais (azul) que foram infectadas pelo vírus SARS-CoV-2 (vermelho).  Crédito: Lena Smirnova, Center for Alternatives to Animal Testing
Um organoide cultivado em laboratório com células cerebrais (azul) que foram infectadas pelo vírus SARS-CoV-2 (vermelho).  Crédito: Lena Smirnova, Center for Alternatives to Animal Testing

No Instituto Hubrecht de Biologia do Desenvolvimento e Pesquisa com Células-Tronco, na Holanda, os pesquisadores usam uma abordagem diferente para criar organoides. Eles coletam uma pequena amostra de tecido do órgão de uma pessoa que desejam replicar e separar as células-tronco adultas, que são encontradas em pequenos números no tecido adulto e têm a capacidade de dividir e reabastecer células danificadas ou moribundas. Essas células-tronco são então cultivadas em pequenos aglomerados, formando tecido. Eles levam menos tempo para fazer do que os organoides do cérebro e podem ficar prontos em uma semana ou duas. (Os mini-cérebros não podem ser fabricados dessa maneira porque é difícil obter um tecido cerebral humano real.)

Pesquisadores do Instituto Hubrecht usaram esse método para fazer mini tripas para verificar se o SARS-CoV-2 pode infectar diretamente células do intestino e se replicar lá.

“Havia muitos dados clínicos apontando para o fato de que os pacientes podiam aparecer em hospitais principalmente com problemas abdominais, como diarréia ou dores de estômago, em vez de problemas respiratórios”, Hans Clevers, MD, PhD, pesquisador principal do Instituto Hubrecht e um pioneiro organoide , conta ao OneZero . Há também o fato de que as células que revestem o interior do intestino estão cobertas por receptores ACE2.

Com certeza, Clevers e sua equipe descobriram que o vírus infectou facilmente as mini tripas e as replicou rapidamente. As descobertas, publicadas em 1º de maio na revista Science , podem explicar por que um terço dos pacientes do Covid-19 experimenta sintomas gastrointestinais como náusea e diarréia, e por que o vírus às vezes pode ser detectado em amostras de fezes .

Organoides intestinais, o direito infectado com SARS-CoV-2. Crédito: Joep Beumer, Instituto Hubrecht
Organoides intestinais, o direito infectado com SARS-CoV-2. 
Crédito: Joep Beumer, Instituto Hubrecht

Os órgãos ini também estão se mostrando úteis no esforço de acelerar a busca por medicamentos eficazes para o Covid-19. Ya-Wen Chen, PhD, bióloga de células-tronco e professora assistente de medicina da Universidade do Sul da Califórnia, está usando organoides do pulmão para testar vários medicamentos em seu laboratório.

Dois são antivirais para impedir que o SARS-CoV-2 entre nas células que revestem os pulmões. Um terço poderia potencialmente bloquear uma reação imunológica grave observada em alguns pacientes do Covid-19 denominados ” tempestade de citocinas “.

Chen diz que uma vantagem do uso de organoides é que eles são tridimensionais, em oposição às linhas celulares humanas, que normalmente são achatadas em duas dimensões em uma placa de Petri quando usadas para estudar vírus. Outra razão pela qual ela gosta de usar organoides é que eles são um modelo mais simplificado do que um animal. “Você elimina o ambiente mais complexo que vê no animal. Isso permite que você se concentre no estudo dos efeitos que deseja ver ”, diz ela.

O laboratório de Chen usa o mesmo método que os mini-cérebros para produzir organoides do pulmão. Quando crescem em um prato, formam pequenas versões das estruturas das vias aéreas ramificadas vistas nos pulmões de tamanho normal. Ela começa a usá-los para testes de drogas quando têm o tamanho da borracha em um lápis.

Embora os organoides tenham certos benefícios sobre as linhas celulares e os ratos, eles ainda têm limitações. Os organoides são compostos de um tipo de tecido e não possuem estruturas como vasos sanguíneos, células imunes ou tecido conjuntivo que você encontraria em um órgão real.

No Instituto Wyss de Engenharia Biologicamente Inspirada da Universidade de Harvard, os cientistas estão levando os mini órgãos para o próximo nível. Eles estão criando “órgãos sobre chips” claros e flexíveis que imitam mais de perto as funções de um pulmão humano real. Do tamanho de um cartão de memória de computador, os chips têm pequenos canais ocos que contêm vários tipos de tecido e imitam o fluxo sanguíneo, bem como a troca de ar nos pulmões.

Em junho, o Instituto Wyss e a Agência de Projetos de Pesquisa Avançada em Defesa dos EUA assinaram um acordo de até US $ 16 milhões no próximo ano para identificar medicamentos já existentes no mercado que poderiam ser reaproveitados para prevenir ou tratar o Covid-19. Como parte desse esforço, os pesquisadores da Wyss estão testando os efeitos de drogas promissoras nos chips de pulmão e intestino.

Muitos medicamentos funcionam nas linhas celulares, mas não acabam sendo eficazes em ensaios clínicos em humanos, diz Donald Ingber, MD, PhD, diretor fundador do Wyss Institute. Toda essa pesquisa é longa e cara. “Isso nos fez perceber que podemos basicamente usar os chips de órgãos como uma espécie de funil para diminuir um grande número de compostos”, diz Ingber. A idéia é usar órgãos em chips para prever melhor quais medicamentos provavelmente funcionarão nas pessoas.

O Wyss Institute não possui um laboratório de biossegurança projetado para estudar patógenos mortais; portanto, primeiro usou um vírus falso que age como o SARS-CoV-2.

Ingber e sua equipe testaram sete medicamentos já aprovados pela Food and Drug Administration em chips projetados para imitar as vias aéreas humanas. Os chips contêm células epiteliais do pulmão, que expressam altos níveis do receptor ACE2. Todos os sete medicamentos pareciam eficazes contra o vírus pseudo-SARS-CoV-2 nas linhas celulares, mas quando todos os medicamentos foram testados nos chips pulmonares, apenas dois efetivamente impediram o vírus de entrar nas células: um medicamento antimalárico chamado amodiaquina e um câncer de mama medicamento chamado toremifeno.

Um órgão em um chip. Crédito: Wyss Institute
Um órgão em um chip.  Crédito: Wyss Institute

Ingber e seus colegas publicaram suas descobertas on-line em abril, mas o documento ainda precisa ser revisto por pares. Agora eles estão colaborando com outros dois grupos de pesquisa que estão trabalhando com o vírus real em um laboratório de segurança de alto nível, onde estão usando os chips para testar vários medicamentos.

Além da pandemia atual, os mini-órgãos poderiam ser potencialmente usados ​​para identificar a próxima grande ameaça aos seres humanos antes que ela possa causar estragos. Clevers diz que quando um novo patógeno animal é identificado e isolado, os cientistas podem pegar esse vírus ou bactéria e usá-lo para tentar infectar diferentes tipos de mini-órgãos. Fazer isso poderia dar aos pesquisadores uma idéia de quais patógenos emergentes são potencialmente perigosos para os seres humanos.

Clevers diz que os organoides também podem ser produzidos a partir de animais, para que os cientistas tentem infectá-los com diferentes patógenos para descobrir quais animais podem atuar como reservatórios. Em maio, cientistas na China relataram na Nature que os organoides de morcegos poderiam estar infectados com o SARS-CoV-2, fornecendo evidências à ideia de que o vírus se originou em morcegos.

“Você pode realmente detectar vírus antes que eles pulem”, diz Clevers. “Então você poderá ter seus tratamentos e vacinas prontos antes que a epidemia chegue.”

Fonte: https://onezero.medium.com/what-miniature-lab-grown-brains-reveal-about-the-effects-of-covid-19-e73b7c1b84e9

Deixe uma resposta