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 poderiam ajudar os pesquisadores a prever como diferentes pacientes podem responder aos medicamentos usados para controlar os sintomas psiquiátricos ligados 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 desenvolver 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 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 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 em Alzheimer e Demência: O Jornal da Associação de Alzheimer.
Modelos de minicérebros 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”, diz o líder do estudo, Vasiliki Machairaki, Ph.D., professor associado de medicina genética na Escola de Medicina da 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 as respostas aos medicamentos variam amplamente, 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 mostrassem se o oxalato de escitalopram ISRS poderia ajudar a reduzir os sintomas associados à doença de Alzheimer.
Transformando células sanguíneas de pacientes 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 retornassem 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 indivíduos saudáveis, a equipe criou organoides do rombencéfalo contendo células cerebrais especializadas, ou neurônios, que produzem o neurotransmissor serotonina.
As células foram orientadas a 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 pacientes individuais com doença de Alzheimer, bem como participantes saudáveis. Machairaki acredita que este pode ser um dos maiores estudos de organoides cerebrais realizados até agora na pesquisa do Alzheimer.
Organóides 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 criados a partir de indivíduos saudáveis, aqueles cultivados a partir de células de pessoas com Alzheimer mostraram diferenças nas proteínas envolvidas na comunicação entre as células cerebrais, na inflamação e nas vias associadas à doença.
Os pesquisadores então trataram os organoides com oxalato de escitalopram, um antidepressivo amplamente prescrito.
Em alguns organoides derivados de pacientes, o medicamento aumentou as proteínas envolvidas na sinalização da serotonina e na comunicação entre as células cerebrais. Estas são vias que os antidepressivos são projetados para influenciar. Outros organoides mostraram pouca ou nenhuma resposta molecular.
“Usamos esses organoides para modelar como o tecido de alguns pacientes pode responder a um ISRS comumente prescrito”, diz Machairaki. “Em larga escala, nosso modelo pode 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 tratamentos precisos e direcionados no longo prazo”.
Pequenas vesículas podem revelar resposta a medicamentos
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 pelos organoides derivados do paciente e por organoides de controle saudáveis.
As vesículas continham proteínas envolvidas em atividades cerebrais essenciais, incluindo a comunicação entre neurônios, memória e liberação de neurotransmissores.
Organoides cultivados a partir de células de pessoas com Alzheimer mostraram mudanças claras em diversas proteínas associadas à doença. Os níveis de RAB3A, NSF e ATCAY foram mais baixos nos organoides de Alzheimer. Estas proteínas desempenham papéis importantes na sinalização normal entre as células cerebrais.
Após o tratamento com escitalopram, os níveis de algumas proteínas aumentaram em determinadas amostras. As mudanças foram especialmente perceptíveis nas proteínas ligadas à sinalização da serotonina e às vias sinápticas que os antidepressivos têm como alvo.
Alguns organoides exibiram fortes respostas moleculares, enquanto outros mostraram 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.
Construindo organoides cerebrais mais realistas
Machairaki planeja desenvolver organoides mais avançados que contenham células imunológicas e redes vasculares que imitam os vasos sanguíneos. Adicionar esses recursos poderia tornar os tecidos mais semelhantes ao tecido cerebral humano vivo.
Com pesquisas adicionais, ela espera que as vesículas extracelulares possam um dia funcionar como um tipo de biópsia líquida. Tal teste poderia potencialmente ajudar a diagnosticar a doença de Alzheimer, determinar o seu estágio e identificar o subtipo específico da doença de um paciente.
Machairaki enfatizou que o estudo atual representa um passo inicial em direção a esse objetivo.
Além de Machairaki, os cientistas que contribuíram para este trabalho incluem Rachel Boyd, Daiyun Dong, Ram Sagar, Waqar Ahmed, Xenia Androni, Paul Rosenberg, Constantine Lyketsos e Kenneth Witwer da Johns Hopkins, Anton Iliuk da Tymora Analytical Operations e Anton Porsteinsson da University of 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), Paul G. Allen Frontiers Foundation e Richman Centro de Excelência em Medicina de Precisão Familiar na Doença de Alzheimer da Universidade Johns Hopkins.
Nenhum autor declara conflito de interesses relacionado às políticas da Universidade Johns Hopkins.
