Notícia

Pesquisadores desenvolvem novo modelo 3D da barreira hematoencefálica

Ben Brahim Mohammed via Wikimedia Commons

Fonte

ETH Zurique | Instituto Federal de Tecnologia de Zurique

Data

domingo, 26 fevereiro 2023 16:20

Áreas

Bioeletrônica. Bioengenharia. Bioinformática. Biologia. Biotecnologia. Engenharia Biológica. Engenharia Biomédica. Física Médica. Hematologia. Medicina. Metabolismo. Neurociências. Neurologia. Saúde Pública.

O Dr. Mario Modena é um pós-doutorando que trabalha no Laboratório de Bioengenharia do Instituto Federal de Tecnologia de Zurique (ETH Zurique), na Suíça. Se ele fosse explicar sua pesquisa sobre a barreira hematoencefálica – a parede que protege nosso sistema nervoso central de substâncias nocivas na corrente sanguínea –  para uma criança de 11 anos, ele diria: “Este muro é importante, porque evita que ‘bandidos’ entrem no cérebro”. Mas se o cérebro estiver danificado ou doente, ele diz, ‘buracos’ podem aparecer no muro. Às vezes, esses buracos podem ser úteis, por exemplo, para fornecer ao cérebro um medicamento urgentemente necessário. “Então, o que estamos tentando entender é como manter esse muro, fazer ‘buracos’ nele [quando for preciso] e depois repará-lo novamente”.

Esse ‘muro’ também é importante do ponto de vista médico, porque muitas doenças do sistema nervoso central estão ligadas a uma lesão na barreira hematoencefálica. Para descobrir como essa barreira funciona, cientistas frequentemente conduzem experimentos com animais vivos. Mas as células animais podem fornecer apenas parte da imagem do que está acontecendo no corpo humano. Além disso, ainda existem as críticas aos testes em animais. Uma alternativa para as pesquisas é basear experimentos em células humanas cultivadas em laboratório.

Comunicação entre células não é considerada

O problema com muitos modelos in vitro é que eles recriam a barreira hematoencefálica de maneira relativamente simplificada usando células de parede de vasos sanguíneos (células endoteliais). Essa abordagem falha em representar a estrutura complexa do sistema humano e desconsidera, por exemplo, a comunicação entre os vários tipos de células. Além disso, muitos desses modelos são estáticos. Em outras palavras, as células estão flutuando em uma suspensão que não está em movimento, o que implica que o fluxo ou o estresse de cisalhamento que as células possuem no corpo não são considerados.

Também existem modelos dinâmicos in vitro que simulam condições de fluxo no corpo, mas a limitação aqui é que as bombas que são exigidas tornam a configuração experimental bastante complicada. Juntamente com todos os desafios, existe o problema da medição: é praticamente impossível tirar imagens de alta resolução de mudanças estruturais na barreira hematoencefálica em tempo real enquanto a resistência elétrica da barreira é medida.

Vencendo os desafios

A plataforma desenvolvida pelo Dr. Mario Modena pretende resolver todos esses desafios de uma vez. Trabalhando sob orientação do Dr. Andreas Hierlemann, o Dr. Modena e seus colegas passaram três anos e meio desenvolvendo um modelo de barreira hematoencefálica em 3D.

Para recriar a barreira, a equipe de pesquisa considerou os tipos de células que naturalmente formam a barreira hematoencefálica – células endoteliais microvasculares, astrócitos e pericitos humanos – representados em uma única plataforma. “Essa estratégia nos permitiu replicar quase completamente a estrutura celular 3D encontrada no corpo humano”, disse o Dr. Modena. “Mas o que é realmente excepcional é que podemos medir a permeabilidade da barreira e, simultaneamente, mapear mudanças morfológicas na barreira pela média da microscopia de lapso de tempo de alta resolução”. Para facilitar isso, os pesquisadores depositaram eletrodos totalmente transparentes nas lamelas de vidro de ambos os lados do modelo 3D da barreira para medir sua permeabilidade, o que se reflete na resistência elétrica na barreira celular. Os eletrodos transparentes oferecem uma vantagem decisiva em relação a outros tipos de eletrodos, que incluem filmes metálicos ou estruturas de arame que podem interferir na detecção óptica e na microscopia de alta resolução.

‘Sem aumentar a complexidade’

Para imitar a maneira como os fluidos fluem no corpo, os pesquisadores desenvolveram uma plataforma microfluídica com reservatórios de fluidos nas duas extremidades em uma espécie de gangorra. A gravidade então aciona o fluxo, que – por sua vez – gera uma força de cisalhamento nas células. O professor Andreas Hierlemann explicou o benefício dessa configuração: “Como não estamos usando bombas, podemos experimentar vários sistemas de modelos simultaneamente, por exemplo, em uma incubadora, sem aumentar a complexidade da configuração”.

Em um estudo publicado recentemente na revista científica Advanced Science, os pesquisadores apresentaram e testaram seu novo modelo de barreira hematoencefálica in vitro. Eles submeteram a barreira à privação de oxigênio-glicose, como acontece quando alguém está tendo um derrame. “Esses experimentos nos permitiram desencadear mudanças rápidas na barreira e demonstrar o potencial da plataforma”, concluiu o Dr. Mario Modena.

Acesse o artigo científico completo (em inglês).

Acesse a notícia completa na página do Instituto Federal de Tecnologia de Zurique (em inglês).

Fonte: Vinzenz Greiner, ETH Zurique. Imagem: representação da barreira hematoencefálica. Fonte: Ben Brahim Mohammed via Wikimedia Commons.

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