Pesquisadores desenvolveram cérebros do tamanho de uma ervilha em laboratório, proporcionando uma visão sem precedentes sobre como os neurônios se comportam de maneira diferente em casos de esquizofrenia e transtorno bipolar. Essas condições psiquiátricas afetam milhões de pessoas ao redor do mundo, mas continuam sendo difíceis de diagnosticar, pois os cientistas ainda não compreendem completamente suas causas moleculares subjacentes.
Os achados podem, no futuro, ajudar médicos a reduzir erros no diagnóstico e tratamento de distúrbios de saúde mental. Atualmente, muitas condições psiquiátricas são identificadas apenas através do julgamento clínico e tratadas com abordagens de tentativa e erro em relação à medicação.
A pesquisa foi publicada na revista APL Bioengineering.
Desafios no Diagnóstico da Esquizofrenia e do Transtorno Bipolar
“A esquizofrenia e o transtorno bipolar são extremamente difíceis de diagnosticar porque nenhuma parte específica do cérebro se altera. Nenhuma enzima específica é ativada, como no Parkinson, outra doença neurológica em que os médicos podem diagnosticar e tratar com base nos níveis de dopamina, mesmo sem uma cura definitiva,” disse Annie Kathuria, uma 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 poderiam ajudá-los a voltar a um estado saudável.”
Como os Cientistas Criaram e Analisaram os Organoides Cerebrais
Para realizar o estudo, a equipe de Kathuria criou organoides cerebrais, que são versões simplificadas de órgãos humanos reais. Começaram convertendo células de sangue e pele de pacientes com esquizofrenia e transtorno bipolar, além de indivíduos saudáveis, em células-tronco capazes de se desenvolver em tecidos semelhantes ao cérebro.
A equipe então utilizou ferramentas de aprendizado de máquina para analisar a atividade elétrica das células dentro desses mini cérebros. No cérebro humano, os neurônios se comunicam enviando breves sinais elétricos uns aos outros, e os pesquisadores se concentraram em identificar padrões nessa atividade associados ao funcionamento saudável e não saudável do cérebro.
Biomarcadores Elétricos para Identificação de Doenças Mentais
Os cientistas descobriram que características específicas do comportamento elétrico dos organoides atuaram como biomarcadores para esquizofrenia e transtorno bipolar. Utilizando apenas esses sinais, foram capazes de identificar corretamente quais organoides provenientes de pacientes afetados em 83% das vezes. Quando o tecido recebeu estimulação elétrica suave, projetada para aumentar ainda mais a atividade neural, a precisão subiu para 92%.
Os padrões que encontraram eram complexos e altamente específicos. Os neurônios de pacientes com esquizofrenia e transtorno bipolar apresentaram picos de disparo e mudanças de temporização em várias medições elétricas, criando uma assinatura distinta para cada condição.
“Pelo menos a nível molecular, podemos verificar o que dá errado ao formar esses cérebros em uma cultura e distinguir entre organoides de uma pessoa saudável, de um paciente com esquizofrenia ou de um paciente bipolar com base nessas assinaturas de eletrofisiologia,” disse Kathuria. “Monitoramos os sinais elétricos produzidos pelos neurônios durante o desenvolvimento, comparando-os com organoides de pacientes sem esses distúrbios de saúde mental.”
Usando Microchips para Mapear a Atividade Cerebral
Para entender melhor como os neurônios formavam redes, os pesquisadores colocaram os organoides em microchips equipados com matrizes de múltiplos eletrodos organizados em formato de grade. Este arranjo permitiu que coletassem dados de forma semelhante a um pequeno eletroencefalograma, ou EEG, o teste utilizado por médicos para medir a atividade cerebral em pacientes.
Quando 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 processos de pensamento mais elevados. Os mini cérebros também produziram mielina, uma substância que isola as células nervosas e ajuda os sinais elétricos a viajarem 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 teste para medicamentos psiquiátricos antes de esses fármacos serem prescritos aos pacientes.
A equipe agora está 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 poderão sugerir doses de medicação que ajudariam a restaurar padrões neurais mais saudáveis.
“É assim que a maioria dos médicos prescreve esses medicamentos, usando um método de tentativa e erro que pode levar de seis a sete meses para encontrar o fármaco 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 longo período de tentativa e erro. Talvez possamos fornecer o medicamento adequado mais rapidamente.”
