Organóides do cérebro humano cultivados em biorreator impresso em 3D barato

organóides cerebrais

Um organoide cultivado em um biorreator microfluídico

MIT e IIT Madras

Agora é possível cultivar e cultivar tecido cerebral humano em um dispositivo que custa pouco mais do que uma xícara de café. Com um microchip lavável e reutilizável de US $ 5, os cientistas podem observar amostras de cérebro auto-organizadas, conhecidas como organoides cerebrais, crescendo em tempo real sob um microscópio.

O dispositivo, apelidado de “biorreator microfluídico”, é um chip de 4 por 6 centímetros que inclui pequenos poços nos quais os organóides do cérebro crescem. Cada um é preenchido com um fluido rico em nutrientes que é bombeado para dentro e para fora automaticamente, como os fluidos que passam pelo cérebro humano.

Usando este sistema, Ikram Khan do Instituto Indiano de Tecnologia Madras em Chennai e seus colegas do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) relataram o crescimento de um organoide cerebral em sete dias. Isso demonstra que as células cerebrais podem prosperar dentro do chip, diz Khan.

A cultura do tecido cerebral em um laboratório permitiria, teoricamente, aos cientistas testar como os cérebros de pacientes individuais podem reagir a diferentes tipos de medicamentos.

Já existem dispositivos para o cultivo de organóides cerebrais, mas como os pratos são lacrados para evitar a contaminação por microrganismos do ar, é impossível adicionar nutrientes como aminoácidos, vitaminas, sais e glicose ou remover os resíduos produzidos pelas células. Como consequência, as células geralmente morrem em poucos dias.

Para combater esse problema, os pesquisadores adicionaram anteriormente tubos minúsculos para fornecer nutrientes ao tecido cerebral. Mas o design opaco desses dispositivos torna impossível observar o que está acontecendo dentro do prato – um problema significativo, especialmente se os cientistas querem saber como o tecido reage às drogas.

Então, Khan e seus colegas projetaram um dispositivo novo e mais simples que combina uma plataforma de crescimento, tubos minúsculos, canais de injeção de drogas e até mesmo um compartimento de aquecimento de fluidos em um único chip, que pode ser impresso em 3D usando o mesmo tipo de resina biocompatível utilizado em cirurgia dentária. Os biorreatores controlam o fluxo de fluido de reposição e extração de resíduos através de tubos em uma incubadora fechada, proporcionando visibilidade total.

Para testar seu sistema, os pesquisadores colocaram células-tronco diferenciadas do cérebro humano nos poços e programaram o fluxo de fluido através do chip. Usando um microscópio acima da plataforma, eles puderam observar o desenvolvimento do tecido cerebral por uma semana inteira – essencialmente até que os organoides ficassem sem espaço em seus minúsculos poços.

Durante esse tempo, eles viram que as células se multiplicaram e formaram uma estrutura semelhante a um ventrículo, semelhante às cavidades vistas em cérebros reais, diz Chloé Delépine, do MIT. O ventrículo era cercado por um tecido que parecia semelhante ao do neocórtex, uma camada do cérebro responsável por funções de ordem superior, como pensamento, raciocínio e compreensão da linguagem.

Os organóides do cérebro humano já atingiram esse nível de desenvolvimento em laboratório antes, mas isso marca a primeira vez que isso aconteceu em um dispositivo que permite uma visibilidade tão boa do tecido e de forma tão barata, diz Delépine.

“Meu objetivo é ver essa tecnologia alcançar pessoas em todo o mundo que precisam de acesso a ela para suas necessidades de saúde”, diz Khan, que desde então criou uma empresa start-up na Índia para realizar esse objetivo.

Referência do jornal: Biomicrofluídica, DOI: 10.1063 / 5.0041027

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