“Mini-cérebros” revelam sinais ocultos da esquizofrenia e da perturbação bipolar

Os “mini-cérebros” cultivados em laboratório permitem aos cientistas observar as ligações do cérebro sem interferirem com cérebros de pessoas vivas. Um novo estudo recorreu a estes modelos em escala reduzida para detetar assinaturas neurais associadas à esquizofrenia e à perturbação bipolar.

Também conhecidos como organoides, estes cérebros do tamanho de uma ervilha foram desenvolvidos por uma equipa liderada por investigadores da Universidade Johns Hopkins, nos Estados Unidos. Mais adiante, poderão ajudar a identificar irregularidades cerebrais que, potencialmente, venham a ser alvo de tratamentos.

Porque os organoides (mini-cérebros) podem ajudar na esquizofrenia e na perturbação bipolar

Atualmente, tanto a esquizofrenia como a perturbação bipolar são diagnosticadas com base nos sintomas clínicos da pessoa, e não a partir de marcadores biológicos. Esta estratégia abre a possibilidade de um método mais objetivo e consistente para reconhecer estas condições psiquiátricas.

“A esquizofrenia e a perturbação bipolar são muito difíceis de diagnosticar porque nenhuma parte específica do cérebro ‘dispara’”, explica a engenheira biomédica Annie Kathuria, da Universidade Johns Hopkins.

“Não há enzimas específicas a ‘disparar’ como no Parkinson, outra doença neurológica em que os médicos conseguem diagnosticar e tratar com base nos níveis de dopamina, apesar de ainda não existir uma cura adequada.”

Como foram criados e analisados os organoides cerebrais

Os organoides cerebrais foram produzidos a partir de células do sangue e da pele de pessoas com diagnóstico de esquizofrenia ou de perturbação bipolar, bem como de pessoas sem diagnóstico de quaisquer condições psiquiátricas. Assim, os investigadores passaram a ter três categorias de mini-cérebros para comparar.

Depois de analisados num microcircuito e ligados a vários sensores, verificou-se que os organoides tinham apenas 3 millimeters de diâmetro (cerca de 0,25 cm). Foram concebidos para desenvolver tipos de células neuronais do córtex pré-frontal - uma região com um papel importante em funções cognitivas “superiores”, como o planeamento e a tomada de decisões.

Assinaturas eletrofisiológicas e aprendizagem automática

Com algoritmos de aprendizagem automática treinados para reconhecer padrões na comunicação neural, a equipa encontrou atividade neuronal específica da esquizofrenia e da perturbação bipolar. Estas assinaturas foram suficientes para identificar corretamente a origem das células nos organoides com 83 percent de precisão.

Quando os mini-cérebros receberam estimulação elétrica, a precisão subiu para 92 percent, o que sugere que o comportamento distinto dos neurónios se torna mais evidente - e mais fácil de detetar - quando o cérebro está ativamente envolvido e em funcionamento.

“Pelo menos ao nível molecular, conseguimos verificar o que corre mal quando estamos a fazer estes cérebros numa placa e distinguir entre organoides de uma pessoa saudável, de um doente com esquizofrenia ou de um doente com perturbação bipolar com base nestas assinaturas eletrofisiológicas”, afirma Kathuria.

Limitações atuais e próximos passos

Apesar da utilidade destes mini-cérebros, continuam a ser muito menos complexos e estão longe de ser tão funcionais como um cérebro real. Por isso, ainda há muito trabalho a fazer para relacionar os padrões identificados neste estudo com assinaturas neurais presentes em cérebros humanos reais.

Ainda assim, estes sinais são indicadores valiosos para compreender de que forma os cérebros de pessoas com esquizofrenia ou perturbação bipolar poderão funcionar de modo diferente. Cada avanço na compreensão de como estas condições alteram a atividade cerebral aproxima os investigadores de tratamentos melhores.

“A nossa esperança é que, no futuro, possamos não só confirmar que um doente tem esquizofrenia ou perturbação bipolar a partir de organoides cerebrais, como também começar a testar fármacos nos organoides para perceber que concentrações podem ajudá-los a chegar a um estado saudável”, diz Kathuria.

A investigação foi publicada na APL Bioengineering.