Cientistas da Johns Hopkins Medicine encontraram novas evidências de que pequenos aglomerados de tecido cerebral derivados de células de pessoas com doença de Alzheimer podem ajudar os pesquisadores a prever como diferentes pacientes podem responder aos medicamentos usados para controlar os sintomas mentais 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 podem eventualmente ajudar os cientistas a desenvolver e selecionar tratamentos mais específicos para grupos específicos de pessoas com doença de Alzheimer. A doença de Alzheimer é a forma mais comum de demência e afeta mais de 7 milhões de americanos.
A equipe também descobriu que os organoides liberam pequenas partículas chamadas vesículas extracelulares que transportam informações celulares. Estas partículas poderiam fornecer novos biomarcadores para diagnosticar a doença de Alzheimer e determinar até que ponto esta progrediu.
O estudo, que recebeu financiamento parcial dos Institutos Nacionais de Saúde, foi publicado Alzheimer e Demência: Jornal da Associação de Alzheimer.
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 estadiar a doença de Alzheimer, investigar os mecanismos que a impulsionam e avaliar como os subgrupos de pacientes podem responder a diferentes tratamentos”, disse o líder do estudo, Vasiliki Machairaki, PhD, professor associado da John University School of Medicine.
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 região na parte posterior do crânio que ajuda a controlar funções essenciais como respiração, sono e frequência cardíaca. A equipe queria determinar se esses modelos poderiam revelar sinais moleculares que mostrariam 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 coletando amostras de sangue com consentimento 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 retornarem 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 direcionadas para se organizarem em pequenos aglomerados de tecido cerebral do tamanho de uma ervilha que se assemelham ao rombencéfalo. O estudo incluiu centenas de organoides representando pessoas com doença de Alzheimer, bem como participantes saudáveis. Machairaki acredita que este pode ser um dos maiores estudos de organoides cerebrais já realizados na pesquisa do Alzheimer.
Organoides de Alzheimer mostram alterações moleculares distintas
Organóides derivados de pacientes reproduzem várias características biológicas importantes da doença de Alzheimer em nível molecular.
Em comparação com organoides produzidos a partir de indivíduos saudáveis, as células cerebrais cultivadas a partir de células de pessoas com Alzheimer mostraram diferenças nas proteínas envolvidas na comunicação entre vias associadas à inflamação e à doença.
Os pesquisadores então trataram os organoides com oxalato de acetalopram, um antidepressivo amplamente prescrito.
Em alguns organoides obtidos de pacientes, a droga aumentou a sinalização da serotonina e as proteínas envolvidas na comunicação entre as células cerebrais. Estas são as vias que os antidepressivos são projetados para afetar. Outros organoides mostraram pouca ou nenhuma resposta molecular.
“Usamos esses organoides para modelar como certos tecidos de pacientes podem responder a um ISRS comumente prescrito”, disse Machairaki. “Em uma escala maior, nosso modelo poderia eventualmente ser usado para identificar subgrupos de pacientes, com base em mecanismos moleculares subjacentes, que têm maior probabilidade de responder a medicamentos específicos e, assim, nos ajudar a desenvolver tratamentos específicos e direcionados a longo prazo”.
Vesículas pequenas podem provocar reações medicamentosas
Em seguida, a equipe investigou 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 de tratar os organoides com escitalopram, os cientistas examinaram proteínas dentro de vesículas extracelulares liberadas por organoides derivados de pacientes e organoides de controle saudáveis.
As vesículas contêm proteínas envolvidas em funções cerebrais essenciais, incluindo a comunicação entre neurônios, memória e liberação de neurotransmissores.
Organoides cultivados a partir de células de pessoas com Alzheimer mostraram alterações claras em diversas proteínas relacionadas à doença. Os níveis de RAB3A, NSF e ATCAY foram mais baixos nos organoides de Alzheimer. Estas proteínas desempenham um papel importante na sinalização normal entre as células cerebrais.
Após o tratamento com escitalopram, os níveis de algumas proteínas aumentaram em algumas amostras. As mudanças foram particularmente visíveis nas proteínas ligadas à sinalização da serotonina e nas vias sinápticas que os antidepressivos têm como alvo.
Alguns organoides exibem fortes respostas moleculares, enquanto outros mostram pouca ou nenhuma alteração. De acordo com Machairaki, esta variação levanta a possibilidade de que vesículas extracelulares de organoides cerebrais possam eventualmente ajudar a identificar quais pacientes têm maior probabilidade de se beneficiar de um determinado tratamento.
Criando organoides cerebrais mais realistas
Machairaki planeja criar organoides mais avançados que contenham células imunológicas e redes vasculares que imitam os vasos sanguíneos. Adicionar essas propriedades pode tornar o tecido mais parecido com o tecido cerebral humano vivo.
Com pesquisas adicionais, ele espera que as vesículas extracelulares possam um dia servir como uma espécie de biópsia líquida. Esses testes poderiam potencialmente ajudar a diagnosticar a doença de Alzheimer, determinar seu estágio e identificar subtipos de doenças específicos do paciente.
Machairaki enfatizou que o presente estudo representa um passo inicial em direção a esse objetivo.
Além de Machairaki, os cientistas que contribuíram para este trabalho incluem Rachel Boyd, Dayyun Dong, Ram Sagar, Wakar Ahmed, Xenia Androni, Paul Rosenberg, Constantine Liketsos e Kenneth Witwer da Johns Hopkins, Anton Ilyuk da Timora Analytical Operations e da Escola de Rosens da Universidade Antons. odontologia
Institutos Nacionais de Saúde (T32 AG058527, R01AG052510, P30AG066507, 1RF1AG083801, AGR01054771, AGR01050515, AGR01054771, AGR01050515, AGR010465143), FGR 2070 e esta pesquisa foi financiado pela AGR 2070 ALL. Foundation e o Centro de Excelência em Medicina de Precisão da Família Richman na Doença de Alzheimer da Universidade Johns Hopkins.
Nenhum dos autores declara qualquer conflito de interesses sob as políticas da Universidade Johns Hopkins.
