DOI: 10.1126/science.ade9516
Credibilidade: 999
#Cérebro
Estamos mais perto do que nunca de mapear todo o cérebro ao nível microscópico. Centenas de neurocientistas em todo o mundo caracterizaram recentemente mais de 3.000 tipos de células cerebrais humanas como parte da Rede de Censo Celular da Iniciativa BRAIN do Instituto Nacional de Saúde, publicando quase duas dúzias de artigos em quatro revistas científicas. Essa atenção superconcentrada aos detalhes poderia desvendar muitos mistérios que cercam esse órgão complexo, como o que aconteceu em nossos cérebros para nos distinguir de outros primatas.
“Esta é a primeira descrição detalhada e em grande escala de todos os diferentes tipos de células presentes no cérebro humano”, diz Rebecca Hodge, investigadora assistente do Allen Institute em Seattle, coautora de vários estudos no pacote de papel. A sua esperança é que este atlas cerebral forneça um recurso comunitário para os cientistas explorarem como a grande variedade de células cerebrais contribui para a saúde e a doença.
Mark Mapstone, professor de neurologia da Universidade da Califórnia, Irvine School of Medicine, que não esteve envolvido nestes estudos, comparou os novos dados sobre o cérebro a um guia turístico. “Imagine navegar por uma cidade desconhecida com um mapa de ruas aproximadamente desenhado contendo apenas as principais ruas do centro da cidade, em comparação com navegar pela mesma cidade com um mapa detalhado que se estende além do centro da cidade até os subúrbios e incluindo todas as rodovias, ruas de mão dupla e de mão única. , becos, calçadas, localização de placas de rua e semáforos, limites de velocidade e localização de cafeterias e restaurantes”, afirma. “Clary, este último facilitaria muito a navegação e o entendimento da cidade.” Este primeiro conjunto de estudos mostra três maneiras principais pelas quais o mapa cerebral pode ser usado na biologia e na medicina.
Um cérebro em evolução
Um atlas do cérebro humano pode nos ensinar sobre nossa história evolutiva. Um estudo publicado na Science utilizou sequenciação de RNA de núcleo único para medir a expressão genética de células cerebrais individuais em humanos e em cinco outras espécies de primatas, incluindo chimpanzés e gorilas. Neste método, os cientistas retiram células individuais de um pedaço de tecido, quebram-nas para expor os mensageiros genéticos no seu interior e, em seguida, usam etiquetas semelhantes a pequenos códigos de barras para identificar esse material. “Esta é a principal tecnologia usada em alguns dos artigos que estão sendo lançados e é uma técnica que só existe há 10 anos”, diz Hodge. Obter esse perfil genético permite aos pesquisadores agrupar grupos de células em tipos específicos.
A composição e organização das nossas células são semelhantes às dos nossos parentes próximos. No entanto, as maiores diferenças pareciam ocorrer numa região do cérebro chamada giro temporal médio, que está envolvida no processamento da memória semântica e da linguagem. Os humanos tinham um número maior de neurônios projetados nesta área em comparação com outras espécies. Além disso, os investigadores destacaram uma diferença na expressão genética que promoveu a plasticidade sináptica, que é a capacidade dos neurónios de fortalecerem as ligações cerebrais. Esta característica é um componente importante para a aprendizagem e a memória e pode explicar como os humanos desenvolveram habilidades cognitivas complexas.
Houve alguma variação dentro dos humanos também. Outro estudo encontrou as maiores diferenças entre os humanos nas células imunológicas chamadas microglia, bem como nos neurônios excitatórios da camada profunda, que estão envolvidos na comunicação entre regiões distantes do cérebro. Os investigadores não sabem bem porquê – uma teoria é que os neurónios excitatórios das camadas profundas se desenvolvem mais cedo e estão mais expostos a fatores ambientais que poderiam diversificar os seus padrões genéticos. “O cérebro de todos é muito semelhante. Embora tenhamos os mesmos blocos de construção, é o pequeno número de diferenças que importa”, diz Jeremy Miller, cientista sénior do Instituto Allen e coautor do estudo. “Agora estamos começando a entender o quão importantes são essas mudanças e a descobrir o que nos torna exclusivamente humanos.”
Modelos animais
Como os cérebros humanos partilham muitas características com outros mamíferos, os neurologistas utilizam frequentemente os pequenos cérebros dos ratos para estudar doenças. O único problema, diz Miller, é que os ratos não desenvolvem naturalmente doenças neurodegenerativas comuns em humanos. Os cientistas que queiram estudar a doença de Alzheimer, por exemplo, precisariam de manipular múltiplos genes de ratos para causar o tipo de patologia cerebral observada em pessoas mais velhas. Isto requer uma compreensão abrangente de como os tipos de células do cérebro funcionam juntos e como eles mudam no contexto da doença.
Muitas pesquisas sobre o cérebro em ratos concentram-se no neocórtex, responsável pela função cognitiva superior. Pode parecer razoável supor que grande parte da complexidade celular do cérebro aparece aqui. Mas este não parece ser o caso. Num dos primeiros estudos para criar um mapa celular de todo o cérebro adulto, os neurocientistas encontraram elevados níveis de diversidade em estruturas evolutivas mais antigas, como o mesencéfalo, que está envolvido no movimento, na visão e na audição, e no rombencéfalo, que governa funções corporais vitais, como respiração e frequência cardíaca. Nas áreas subcorticais, também parece haver um superaglomerado de células chamadas neurônios splatter, que controlam comportamentos inatos e funções fisiológicas. Replicar a complexidade destas regiões cerebrais específicas em modelos animais poderia ajudar a identificar melhor as origens celulares das doenças humanas.
Medicina personalizada
Imagine um futuro onde os tratamentos sejam adaptados às necessidades específicas de alguém. Para fazer isso, os cientistas usariam o perfil genético de uma pessoa, em vez de características como peso ou idade, para informar quaisquer decisões médicas. Os médicos também poderiam usar esta informação genética para identificar os riscos de doenças potenciais e fornecer medidas preventivas precoces.
“Um atlas cerebral detalhado pode nos ajudar a entender como é o funcionamento cerebral bem-sucedido, para que possamos maximizar as células cerebrais e os circuitos que promovem a saúde cerebral”, diz Mapstone. “Abordar as doenças cerebrais e promover a saúde do cérebro pode ser mais facilmente conseguido se soubermos como estas células estão organizadas. ”
Os médicos já estão utilizando a informação genética das pessoas para avaliar se os pacientes seriam bons candidatos para um determinado tratamento contra o cancro ou para encontrar a dose adequada de um medicamento. Em breve, isso poderá incluir testes para condições neurológicas. Um estudo, que analisou 1,1 milhão de células em 42 regiões cerebrais de adultos neurotípicos, identificou tipos específicos de células neuronais – principalmente nos gânglios da base, uma região envolvida em comportamentos de dependência – que estavam ligados a 19 distúrbios e características neuropsiquiátricas. Essas condições incluíam esquizofrenia e transtorno bipolar, bem como transtorno por uso de álcool e tabaco.
Este projeto é um passo na direção certa para o avanço da investigação em medicina personalizada, diz Miller, embora alerte que este é apenas um de muitos que tornarão isto uma realidade para todos.
Miller e Hodge estão otimistas de que outras versões do atlas do cérebro humano serão concluídas nos próximos cinco anos, à medida que outros grupos concluem projetos semelhantes.
Mas existe a possibilidade de nunca obtermos o quadro completo. Embora Miller considere razoável um prazo de meia década, ele diz que há sempre uma chance de a ciência desenvolver uma nova tecnologia que possa descobrir algo inesperado sobre o cérebro. “Sempre podemos fazer mais”, diz ele.
Publicado em 15/10/2023 16h02
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