A vida é repleta de padrões. É comum que os seres vivos criem uma série repetida de características semelhantes à medida que crescem: pense em penas que variam ligeiramente em comprimento na asa de um pássaro ou em pétalas mais curtas e longas em uma rosa.
Acontece que o cérebro não é diferente. Empregando microscopia avançada e modelagem matemática, os pesquisadores de Stanford descobriram um padrão que governa o crescimento de células cerebrais ou neurônios. Regras semelhantes podem orientar o desenvolvimento de outras células dentro do corpo, e compreendê-las pode ser importante para a bioengenharia de tecidos e órgãos artificiais.
Seu estudo, publicado na Nature Physics, baseia-se no fato de que o cérebro contém muitos tipos diferentes de neurônios e que são necessários vários tipos trabalhando em conjunto para executar qualquer tarefa. Os pesquisadores queriam descobrir os padrões de crescimento invisíveis que permitem que os tipos certos de neurônios se organizem nas posições certas para construir um cérebro.
“Como as células com funções complementares se organizam para construir um tecido funcional?” disse o co-autor do estudo, Bo Wang, professor assistente de Bioengenharia. “Optamos por responder a essa pergunta estudando um cérebro, porque era comum presumir que o cérebro era complexo demais para ter uma regra simples de padronização. Nos surpreendemos quando descobrimos que havia, de fato, essa regra”.
O cérebro que eles escolheram examinar pertencia a um planariano, um verme plano de um milímetro de comprimento que pode recuperar uma nova cabeça todas as vezes após a amputação. Primeiro, Wang e Margarita Khariton, uma estudante de pós-graduação em seu laboratório, usaram manchas fluorescentes para marcar diferentes tipos de neurônios no verme plano. Eles então usaram microscópios de alta resolução para capturar imagens de todo o cérebro – neurônios brilhantes e tudo – e analisaram os padrões para ver se podiam extrair deles as regras matemáticas que norteiam sua construção.
O que eles descobriram foi que cada neurônio é cercado por cerca de uma dúzia de vizinhos semelhantes a ele, mas que intercalados entre eles existem outros tipos de neurônios. Esse arranjo exclusivo significa que nenhum neurônio fica encostado ao seu gêmeo, enquanto ainda permite que diferentes tipos de neurônios complementares estejam próximos o suficiente para trabalharem juntos para concluir tarefas.
Os pesquisadores descobriram que esse padrão se repete repetidamente em todo o cérebro de verme plano para formar uma rede neural contínua. Os co-autores do estudo, Jian Qin, professor assistente de engenharia química e estudioso de pós-doutorado Xian Kong, desenvolveram um modelo computacional para mostrar que essa complexa rede de bairros funcionais decorre da tendência dos neurônios de se agruparem o mais próximo possível, sem estar muito perto de outros neurônios do mesmo tipo.
Embora os neurocientistas possam algum dia adaptar essa metodologia para estudar o padrão neuronal no cérebro humano, os pesquisadores de Stanford acreditam que a técnica poderia ser mais útil aplicada ao campo emergente da engenharia de tecidos.
A idéia básica é simples: os engenheiros de tecidos esperam induzir as células-tronco, as poderosas células de uso geral das quais todos os tipos de células derivam, a crescer nas várias células especializadas que formam um fígado, rim ou coração. Mas os cientistas precisarão organizar essas células diversas nos padrões certos, se quiserem que o coração bata.
“A questão de como os organismos se transformam em formas que desempenham funções úteis fascina os cientistas há séculos”, disse Wang. “Em nossa era tecnológica, não estamos limitados a entender esses padrões de crescimento no nível celular, mas também podemos encontrar maneiras de implementar essas regras para aplicações de bioengenharia”.
Publicado em 14/03/2020 20h15
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