Neural stem cells generate neurons in vitro which mimic their in vivo molecular identity and axon/dendrite morphology
Este artigo introduz um protocolo de cultura de gota suspensa que permite o crescimento de longo prazo de neurônios derivados de neuroblastos de Drosophila in vitro, demonstrando que esses neurônios cultivados recapitulam fielmente sua identidade molecular in vivo, taxas de proliferação e morfologia de axônio/dendrito, fornecendo, assim, um modelo robusto para estudar as pistas que governam o desenvolvimento neuronal.
Artigo original sob licença CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Esta é uma explicação gerada por IA de um preprint que não foi revisado por pares. Não é aconselhamento médico. Não tome decisões de saúde com base neste conteúdo. Ler aviso legal completo
O cérebro é uma vasta rede de células especializadas chamadas neurônios, cada uma com uma forma única e um trabalho específico. Alguns neurônios parecem estrelas com muitos ramos, enquanto outros são longos e finos, estendendo-se pelo corpo para enviar sinais. Os cientistas há muito se perguntam como essas células sabem que forma devem assumir. Será porque existem instruções escritas dentro da própria célula, como um projeto genético? Ou será por causa de sinais do mundo exterior, como um professor guiando um aluno? Para encontrar a resposta, os pesquisadores geralmente estudam neurônios dentro de animais vivos, onde é difícil distinguir qual fator está realizando o trabalho. Eles também estudam neurônios em placas de vidro, mas a maioria desses experimentos começa com células que já cresceram e formaram conexões, tornando difícil observar como elas decidem, pela primeira vez, tornar-se um tipo específico de célula.
Uma equipe de pesquisadores da Universidade do Oregon desenvolveu uma nova maneira de observar esse processo acontecer desde o início. Eles usaram moscas-das-frutas, um modelo comum para o estudo da biologia, para cultivar neurônios em uma placa a partir de células-tronco, que são as matérias-primas que eventualmente se tornam neurônios. Ao remover essas células-tronco do embrião antes que tivessem qualquer contato com o mundo exterior, os cientistas criaram uma situação em que as células tiveram que confiar inteiramente em suas próprias instruções internas para crescer. Os pesquisadores descobriram que, mesmo sem as pistas ambientais usuais, essas células-tronco transformaram-se com sucesso em neurônios maduros. Essas novas células não apenas cresceram o número correto de ramos, mas também desenvolveram a mesma identidade molecular e mantiveram aspectos fundamentais das formas físicas que teriam se tivessem permanecido dentro da mosca viva. Isso sugere que as instruções para construir um tipo específico de neurônio estão contidas, em grande parte, dentro da própria célula, esperando para serem ativadas, embora a forma resultante não seja uma réplica perfeita das encontradas na natureza.
Os cientistas começaram seu trabalho coletando embriões de moscas-das-frutas em um momento muito específico de seu desenvolvimento, justamente quando as células-tronco estavam começando a se dividir. Eles removeram cuidadosamente a casca externa dos embrios e os fragmentaram em células individuais usando um processo químico suave. Essas células foram então colocadas em um meio líquido especial dentro de uma gota suspensa, uma configuração que mantém as células suspensas e saudáveis. Os pesquisadores observaram essas células ao longo de doze horas, um período que corresponde ao tempo que essas células levam para amadurecer dentro da mosca. Eles viram que as células-tronco se dividiam e se transformavam em neurônios na mesma velocidade que fazem dentro do corpo. Em uma hora, as células começaram a brotar pequenas extensões e, em doze horas, essas extensões haviam crescido em fios longos e finos, imitando o crescimento natural de neurônios em um organismo vivo.
Para garantir que estavam estudando os tipos certos de células, a equipe usou um truque genético para iluminar grupos específicos de neurônios com um brilho verde. Eles focaram em uma família particular de neurônios que geralmente se forma em um padrão específico dentro da mosca. Quando contaram as células brilhantes em sua placa, descobriram que o número desses neurônios específicos correspondia ao número encontrado em moscas vivas. Este foi um passo crucial, provando que a placa não estava apenas cultivando células aleatórias, mas recriando fielmente a mistura de tipos celulares encontrada na natureza. Os pesquisadores também verificaram se as células estavam organizando suas partes internas corretamente. Os neurônios têm dois tipos principais de ramos: axônios, que enviam sinais, e dendritos, que os recebem. A equipe descobriu que as células na placa posicionavam corretamente sua carga interna, enviando os materiais certos para os axônios e os materiais certos para os dendritos, tal como fazem em um animal vivo.
Talvez a descoberta mais impressionante tenha envolvido um grupo de neurônios motores que controlam o movimento muscular. Em uma mosca viva, esses neurônios apresentam duas formas distintas: alguns possuem dois ramos principais, enquanto outros possuem apenas um. Os pesquisadores observaram os neurônios motores crescendo em sua placa e descobriram que eles mantinham essas mesmas formas. As células destinadas a ter dois ramos cresceram dois ramos, e as destinadas a ter apenas um ramo cresceram apenas um. Além disso, essas células carregavam os marcadores moleculares corretos, as etiquetas químicas que as identificam como tipos específicos de neurônios. Isso aconteceu mesmo que as células nunca tivessem sido expostas ao ambiente complexo do corpo da mosca. Os resultados indicam que o projeto para a identidade e a forma de um neurônio está construído dentro da célula desde o início, e que ela não precisa do mundo exterior para dizer o que deve se tornar, embora a morfologia final não seja uma cópia perfeita da forma in vivo.
Este trabalho oferece uma ferramenta poderosa para que cientistas estudem como o cérebro é construído. Ao cultivar neurônios em uma placa onde o mundo exterior é removido, os pesquisadores podem agora isolar as instruções internas que impulsionam o desenvolvimento. O estudo mostra que, embora o ambiente seja importante para muitas coisas, o plano fundamental para a identidade e a estrutura de um neurônio vem de dentro. Esta descoberta ajuda a esclarecer uma questão de longa data na neurociência: como as células sabem quem são? A resposta parece ser que elas carregam seu próprio mapa, pronto para ser seguido no momento em que nascem.
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