Cientistas da Johns Hopkins Medicine encontraram novas evidências de que pequenos aglomerados de tecido cerebral cultivados a partir de células de pessoas com doença de Alzheimer podem ajudar os pesquisadores a prever como diferentes pacientes podem responder aos medicamentos usados para tratar sintomas psiquiátricos associados à doença.
A pesquisa se concentrou em tecidos cerebrais cultivados em laboratório, chamados organoides. As descobertas acrescentam evidências crescentes de que estes modelos cerebrais em miniatura poderão eventualmente ajudar os cientistas a conceber e selecionar tratamentos mais precisos para grupos específicos de pessoas com doença de Alzheimer. A doença de Alzheimer é a forma mais comum de demência, afetando mais de 7 milhões de americanos.
A equipe também descobriu que as organelas secretam pequenas partículas chamadas vesículas extracelulares que transportam informações celulares. Estas partículas podem oferecer novos biomarcadores para diagnosticar a doença de Alzheimer e determinar até que ponto esta progrediu.
O estudo, que recebeu financiamento parcial do National Institutes of Health, foi publicado no Doença de Alzheimer e demência: Journal of the Alzheimer’s Association.
Modelos de minicérebro podem apoiar cuidados personalizados
“Nosso estudo sugere que organoides cerebrais derivados de pacientes em grande escala e as vesículas que eles secretam podem nos ajudar a determinar o estágio da doença de Alzheimer, investigar os mecanismos que a impulsionam e avaliar como subgrupos de pacientes podem responder a diferentes tratamentos”, diz o líder do estudo, Vasiliki Machairaki, Ph.D., professor associado de medicina genética na Faculdade de Medicina. Universidade Johns Hopkins.
Atualmente não há cura para a doença de Alzheimer. No entanto, os inibidores seletivos da recaptação da serotonina (ISRS) são frequentemente prescritos para ajudar a controlar os sintomas neuropsiquiátricos, como ansiedade, depressão e agitação. Estes sintomas afectam quase todos os pacientes, mas a resposta à medicação varia muito, diz Machairaki.
Os pesquisadores da Johns Hopkins estudaram modelos em miniatura do rombencéfalo, uma área na parte posterior do crânio que ajuda a controlar funções importantes como respiração, sono e frequência cardíaca. A equipe queria determinar se esses modelos poderiam revelar assinaturas moleculares que indicariam se o oxalato de escitalopram ISRS poderia ajudar a reduzir os sintomas associados à doença de Alzheimer.
Transformando as células sanguíneas do paciente em tecido cerebral
Os pesquisadores começaram com amostras de sangue coletadas com permissão de pessoas com doença de Alzheimer no Centro de Pesquisa da Doença de Alzheimer Johns Hopkins, financiado pelo NIH.
Eles reprogramaram as células sanguíneas para que voltassem a um estado semelhante ao das células-tronco. Essas células, chamadas células-tronco pluripotentes induzidas, podem se desenvolver em qualquer tipo de célula do corpo.
Usando células-tronco pluripotentes induzidas de pessoas com doença de Alzheimer e de pessoas saudáveis, a equipe criou organoides do rombencéfalo contendo células cerebrais especializadas, ou neurônios, que produzem o neurotransmissor serotonina.
As células foram organizadas em pequenos aglomerados de tecido cerebral do tamanho de ervilhas que se assemelham ao rombencéfalo. O estudo incluiu centenas de organoides representando pacientes individuais com Alzheimer, bem como participantes saudáveis. Machairaki acredita que este pode ser um dos maiores estudos de organoides cerebrais já realizados na pesquisa do Alzheimer.
Organelas da doença de Alzheimer mostram alterações moleculares distintas
Os organoides derivados dos pacientes reproduziram várias características biológicas importantes da doença de Alzheimer em nível molecular.
Em comparação com os organoides produzidos a partir de pessoas saudáveis, os organoides cultivados a partir de células de pessoas com doença de Alzheimer mostraram diferenças nas proteínas envolvidas na comunicação entre as células cerebrais, na inflamação e nas vias relacionadas à doença.
Os pesquisadores então trataram os organoides com oxalato de escitalopram, um antidepressivo amplamente prescrito.
Em alguns organoides obtidos de pacientes, a droga aumentou o número de proteínas envolvidas na transmissão de sinais de serotonina e na comunicação entre as células cerebrais. Estas são as vias que os antidepressivos afetam. Outros organoides mostraram pouca ou nenhuma resposta molecular.
“Usamos esses organoides para modelar como os tecidos de alguns pacientes podem responder aos ISRSs comumente prescritos”, diz Machairaki. “Em larga escala, nosso modelo poderia eventualmente ser usado para identificar subgrupos de pacientes com base em mecanismos moleculares subjacentes que têm maior probabilidade de responder a certos medicamentos e, assim, nos ajudar a criar terapias precisas e direcionadas a longo prazo”.
Pequenas vesículas podem indicar uma reação à medicação
A equipe investigou então se as vesículas extracelulares liberadas pelos organoides poderiam servir como biomarcadores da doença de Alzheimer ou ajudar os pesquisadores a avaliar como o tecido responde ao tratamento.
Antes e depois dos organoides serem tratados com escitalopram, os cientistas examinaram as proteínas dentro das vesículas extracelulares liberadas por organoides obtidos de pacientes e organoides de controle saudáveis.
As vesículas continham proteínas envolvidas em atividades cerebrais importantes, incluindo a comunicação entre neurônios, memória e liberação de neurotransmissores.
Organoides cultivados a partir de células de pessoas com doença de Alzheimer mostraram alterações claras em diversas proteínas associadas à doença. Os níveis de RAB3A, NSF e ATCAY foram mais baixos nos organoides de Alzheimer. Estas proteínas desempenham um papel importante na transmissão normal de sinais entre as células cerebrais.
Após o tratamento com escitalopram, o nível de algumas proteínas aumentou em algumas amostras. As alterações foram particularmente proeminentes nas proteínas associadas à sinalização da serotonina e nas vias sinápticas alvo dos antidepressivos.
Algumas organelas mostraram uma forte resposta molecular, enquanto outras mostraram pouca ou nenhuma alteração. Esta variação levanta a possibilidade de que bolhas extracelulares de organoides cerebrais possam eventualmente ajudar a determinar quais pacientes têm maior probabilidade de se beneficiar de um tratamento específico, disse Machairaka.
Criando organoides cerebrais mais realistas
Machairaki planeja desenvolver organoides mais avançados contendo células imunológicas e redes vasculares semelhantes a malhas que imitam os vasos sanguíneos. Adicionar essas características poderia tornar o tecido mais semelhante ao tecido cerebral humano vivo.
Ela espera que, com mais pesquisas, as vesículas extracelulares um dia funcionem como uma espécie de biópsia líquida. Esse teste poderia potencialmente ajudar a diagnosticar a doença de Alzheimer, determinar seu estágio e identificar o subtipo específico da doença de um paciente.
Machairaki enfatizou que o presente estudo representa um primeiro passo em direção a esse objetivo.
Além de Machairaki, os cientistas que participaram deste trabalho incluem Rachel Boyd, Dayyun Dong, Ram Sagar, Waqar Ahmed, Ksenia Androni, Paul Rosenberg, Konstantin Liketsos e Kenneth Witwer da Johns Hopkins, Anton Iluk da Tymora Analytical Operations e Anton Parsteinson da Rochester School of Medicine and Dentistry.
O financiamento para este estudo foi fornecido pelos Institutos Nacionais de Saúde (T32 AG058527, R01AG052510, P30AG066507, 1RF1AG083801, AGR01054771, AGR01050515, AGR01046543 e AGR01071522), a Fundação Paul G. Allen, a Frontiers Fundação e o Centro de Medicina Avançada da Família Richman na Doença de Alzheimer da Universidade Johns Hopkins.
Nenhum autor declara qualquer conflito de interesses relacionado de acordo com a política da Universidade Johns Hopkins.
