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Atlanta recebe evento brasileiro de autismo

Tempo de Leitura: < 1 minutoA Brazilian Christian Church, em Atlanta, recebe um evento sobre autismo, programado para o dia 11 de setembro, das 9h às 13h. O encontro é promovido pela igreja em parceria com o Muotri Lab, com apoio do Consulado-Geral do Brasil em Atlanta, e pretende trazer novidades em torno do autismo com pesquisadores, profissionais da área, jornalistas e familiares de autistas.

Um dos confirmados para o evento é o neurocientista Alysson Muotri. “Vou contribuir com a palestra sobre a reversão do autismo e os modelos que a gente tem usado aqui para mostrar se isso realmente é possível, como é que isso vai acontecer”, disse ele ao site TV a Bordo. Para fazer a inscrição, é necessário acessar o site AutismoJuntosFortes.com.

Muotri recria ‘minicérebros’ com variante genética de Neandertal e revela implicações para a origem do autismo

Tempo de Leitura: 5 minutos

O neurocientista Alysson R. Muotri, Ph.D., professor da faculdade de medicina, diretor do Programa de Células-Tronco da Universidade da Califórnia (EUA) e sócio fundador da startup de biotecnologia Tismoo, recriou organoides cerebrais contendo material genético de Neandertais na tentativa de compreender como surgiu a capacidade cognitiva distinta de nossa espécie. O trabalho, publicado dia 11.fev.2021, na renomada revista científica Science, utilizou edição de genoma (com CRISPR-Cas9) e também ajuda a entender as bases evolucionárias e neurológicas do autismo.

Organoides cerebrais, ou minicérebros, são estruturas celulares em miniatura criadas a partir de células-tronco pluripotentes que reproduzem, em parte, a estrutura e funcionalidade do cérebro humano em desenvolvimento. Muotri já havia utilizado esses minicérebros para desvendar a contribuição genética do autismo e outras doenças neurológicas, e para testar novos medicamentos. Junto com colegas brasileiros, Muotri também já havia feito uso dos minicérebros para mostrar a relação causal do vírus da Zika e o surto de microcefalia no Brasil em 2015.

Neandertais e Denisovans

Usando uma nova versão de minicérebros funcionais, capazes de gerar sofisticadas redes neurais com oscilações semelhantes ao cérebro humano, o grupo de Muotri mostra pela primeira vez na história a reconstrução de minicérebros com variantes genéticas de espécies humanas extintas, como os Neandertais e Denisovans. 

“No passado, já havíamos comparado organoides cerebrais de humanos com de outros primatas, como o chimpanzé. No entanto, para entender as origens do cérebro moderno, precisaríamos compará-los com o dos nossos primos evolutivos mais próximos, como os Neandertais”, explica Muotri.

Há milhares de anos

Humanos modernos e os Neandertais se separaram em duas linhagens, cerca de 400 mil anos atrás. Nossos ancestrais diretos ficaram na África, enquanto que os Neandertais migraram para o norte europeu. Vestígios arqueológicos de  aproximadamente 60 mil anos atrás sugerem que os nossos ancestrais finalmente saíram da África em direção à Europa. Foi nesse momento em que as duas espécies coexistiram. Evidências genéticas recentes mostram que os dois grupos tiveram relações sexuais, mas a natureza desses encontros ainda é um mistério. O fato é que os Neandertais acabaram extintos logo após esse contato com nossa espécie. As causas da extinção dos Neandertais é motivo de muita especulação.

Tudo que sabemos dos Neandertais vem do estudo de fósseis e sítios arqueológicos. Evidências arqueológicas mostraram que os Neandertais costumavam enterrar seus mortos, produziam ferramentas e enfeites rudimentares, sugerindo um certo pensamento abstrato e simbólico. Até evidências artísticas foram atribuídas aos Neandertais, mas isso ainda é alvo de muita controvérsia. Do ponto de vista neurológico, sabemos que tinham o volume cerebral semelhante aos humanos modernos, com pequenas diferenças estruturais. O material genético, também extraído de fósseis, foi decodificado em 2010. Dos Denisovans sabemos menos ainda, pois as evidências arqueológicas são praticamente inexistentes. Tudo que sabemos dos Denisovans vem apenas de genomas encontrados em pedaços de ossos fossilizados.

Seleção natural

Ao comparar o genoma dos Neandertais e Denisovans com os de humanos modernos, Muotri notou diversas diferenças. Certas regiões do genoma ainda existem na população de hoje, enquanto outros fragmentos foram eliminados pela seleção natural, possivelmente por causa de alguma desvantagem adaptativa, seja na saúde, fertilidade, aparência ou cognição.

“Nosso grupo usou ferramentas genômicas para alinhar genomas dessas espécies humanas extintas e descobrir quais genes seriam únicos e não mais presentes nas atuais populações humanas. Depois, selecionamos genes que eram ativos durante o desenvolvimento neural e que estavam relacionados a doenças neurológicas. Usamos essa informação para alterar o genoma de células-tronco pluripotentes humanas e então criar organoides cerebrais (também chamados de minicérebros) ‘arquealizados’”, explica Muotri.

NOVA1

O gene escolhido é conhecido por NOVA1, um regulador mestre de outras centenas de genes durante o neurodesenvolvimento. Interessante notar que as vias controladas pelo NOVA1 já foram implicadas em autismo e esquizofrenia, ressaltando a importância deste gene.

No estudo, foi fundamental o uso de algoritmos de bioinformática para garantir que a técnica CRISPR introduzisse corretamente mutações genéticas no gene NOVA1 do genoma das células, mas sem a inserção de mutações indesejadas (chamadas de off-target) que poderiam comprometer o estudo. “Desta forma, a partir do sequenciamento do genoma das células, conseguimos comprovar que as mutações do gene NOVA1 do genoma dos neandertais foram introduzidas com sucesso no genoma de células humanas e sem a ocorrência de mutações indesejáveis” disse o pesquisador Roberto Herai, sócio fundador da Tismoo,  colaborador do estudo e coordenador do Laboratório de Bioinformática da Escola de Medicina da Pontifícia Universidade Católica do Paraná. “Essa pesquisa multicêntrica internacional também permitiu demonstrar a alta capacidade de laboratórios científicos 100% brasileiros e com grande domínio da área de bioinformática utilizando técnicas de engenharia genética como CRISPR”, finalizou Herai.

Autismo

Os resultados são impressionantes. Ao olhar para a expressão gênica durante o neurodesenvolvimento, o grupo notou alterações significativas entre os minicérebros “arquealizados” e os humanos. Em nível celular, as alterações foram ainda mais claras: alterações no padrão migratório das células progenitoras levou a formação de estruturas globulares distintas nos minicérebros carregando as variantes arcaicas. Essas alterações celulares e moleculares tiveram um impacto na formação das redes neurais: a atividade neuronal foi significativamente alterada em minicérebros com as variantes ancestrais. Isso seria uma evidência de que, possivelmente, seríamos cognitivamente distintos das outras espécies. Quais seriam essas diferenças ainda é um mistério, mas Muotri especula: “As redes neurais se comportam de forma semelhante a algumas condições neurológicas que modelamos no laboratório, como subtipos de autismo. Essa comparação pode sugerir que nossos ancestrais tivessem habilidades extraordinárias, ou dificuldades, por exemplo, em comunicação e socialização”, o que ajuda a entender as bases evolucionárias e neurológicas do Transtorno do Espectro do Autismo (TEA). Apesar das limitações intrínsecas do modelo de minicérebro (que não pode ainda ser comparado com o cérebro adulto), Muotri observa semelhanças em como alterações sutis no neurodesenvolvimento podem afetar a funcionalidade do cérebro humano. Junto com um time multidisciplinar, Muotri criou o Centro de Arquealização (https://archc.ucsd.edu) que busca identificar como outros genes também podem ter participado da evolução do cérebro humano.  

Os resultados com os organoides cerebrais podem revelar detalhes sobre a capacidade cognitiva que resultou no sucesso da espécie humana moderna e fracasso evolutivo dos Neandertais. Um grande passo para responder uma das perguntas mais fundamentais da história humana.

CRISPR

A técnica utilizada para edição do genoma foi com a enzima CRISPR-Cas9 (do inglês: Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats — em português: repetições palindrômicas curtas agrupadas e regularmente interespaçadas), uma tecnologia que permite copiar e colar um pedaço do DNA. Para quem quiser entender a técnica, há um vídeo do canal Ciência Traduzida (quem quiser ver uma versão reduzida, assista de 3:12s a 5:50s) e o site G1 também fez um infográfico bem interessante explicando a técnica.

O estudo completo pode ser visto em https://science.sciencemag.org/content/371/6530/eaax2537.full — e também foi destaque em reportagem do jornal The New York Times (EUA).

Vídeo de créditos

No vídeo abaixo, o neurocientista Alysson Muotri nomeia mais brasileiros que participaram do estudo, destacando o principal autor, Cléber  Trujillo, e outros brasileiros. E ainda aproveita para homenagear quem Muotri atribui ser o responsável por toda sua curiosidade e criatividade: Mauricio de Sousa, com seus personagens como o cientista Franjinha, o Astronauta, o homem-das-cavernas Piteco e o André, o personagem autista da Turma da Mônica.

Assista ao vídeo no Facebook, em: https://www.facebook.com/muotri/videos/208308221003959/

(Artigo publicado originalmente no Portal da Tismoo, em 12.fev.2021)

Muotri envia 2ª etapa de sua pesquisa com ‘minicérebros’ humanos para o espaço

Tempo de Leitura: 2 minutos

“Laboratório” dentro da Estação Espacial Internacional é fruto de parceria com a Nasa

Com lançamento do foguete da SpaceX no último dia 6.dez.2020, o neurocientista brasileiro Alysson Muotri envia para a Estação Espacial Internacional (ISS, na sigla em inglês para International Space Station) a segunda etapa da sua pesquisa com “minicérebros” (organoides cerebrais) em parceria com a Nasa, a agência espacial dos Estados Unidos.

Doutor Muotri, que é cofundador da Tismoo, espera avançar nas descobertas já feitas na primeira etapa, quando enviou pela primeira vez na história, minicérebros para a ISS em julho de 2019. “Desta vez temos dois objetivos: o primeiro é validar os dados da missão anterior,  confidenciais. O segundo, visa entender o porquê da microgravidade ‘envelhecer’ os neurônios humanos. Estamos trabalhando com algumas condições experimentais para verificar se nossa hipótese se confirma ou não”, contou o neurocientista, que é destaque no site da Nasa.

Equipe da Space Tango fazendo os últimos ajustes no “box” que abriga os minicérebros.

Evoluções

Quanto às evoluções dos equipamentos usados para esta segunda missão, houve um enorme trabalho de retaguarda envolvendo bioengenharia e alta tecnologia.. O cubo autônomo da Space Tango, onde os minicérebros crescem, foi completamente redesenhado para ficar mais eficiente e acomodar mais organoides. Desta vez, ao invés de centenas, são milhares de minicérebros a caminho da ISS. “Agora, diferentes amostras podem ser coletadas e em diferentes períodos concomitantemente. Melhoramos também o software e teremos imagens muito melhores dos organóides que estarão na estação espacial, com fluorescência, reconstrução tridimensional no espaço… enfim, estou muito animado com tudo isso”, comemorou o biólogo brasileiro Alysson Muotri.

A missão CRS-21 zarpou no domingo, 6.dez.2020, às 11h27 EST (13h27, horário de Brasília) , direto do complexo de lançamento 39A do Centro Espacial Kennedy da Nasa, no Cabo Canaveral, Flórida (EUA). Esta é a 21ª vez que a SpaceX leva suprimentos e material de pesquisa para a Estação Espacial Internacional, em parceria com a Nasa.

Vídeo da Nasa

Veja, a seguir, Muotri explicando sua pesquisa no vídeo oficial da Nasa para esta missão espacial:

https://youtu.be/Dcy4yZb13fE
Minicérebros humanos: um novo modelo experimental para o estudo do TEA — Alysson Muotri - Revista Autismo

Minicérebros humanos: um novo modelo experimental para o estudo do TEA

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Principal uso é para a busca de novos medicamentos em plataformas miniaturizadas

Alysson Muotri

A criação de minicérebros humanos em laboratório a partir de células-tronco é um dos fenômenos mais interessantes da neurociência moderna. Essa nova ferramenta promete ser a grande vedete no tratamento de doenças neurológicas e genéticas, uma revolução na medicina.

Formados a partir de células-tronco pluripotentes, reprogramadas de células periféricas (sangue, polpa de dente, pele etc.) do próprio indivíduo, esses minicérebros (ou organoides cerebrais) são criados em biorreatores de laboratório, seguindo uma complexa receita química. Cada passo é importante e, dessa forma, consegue-se recapitular o desenvolvimento neural embrionário da pessoa in vitro. Muito da técnica é ainda empírica, pois as células-tronco fazem a maior parte do processo sozinhas, se auto-organizam em estruturas cerebrais tridimensionais de forma espontânea, seguindo as instruções genéticas codificadas pelo genoma do indivíduo.

O neurocientista Alysson Muotri segura, em seu laboratório, uma placa transparente com inúmeros minicérebro, que são como pequenas ervilhas brancas, imersas num líquido de coloração rosada.
O neurocientista Alysson Muotri segurando vários minicérebros, cada um do tamanho de uma ervilha.

A similaridade anatômica com o cérebro humano impressiona, mas é ainda uma versão miniatura, cerca de meio centímetro. As estruturas são pequenas porque ainda não temos vascularização para manter os mini-cérebros crescendo por muito tempo. Conseguimos manter esses minicérebros em cultura por um ou dois anos. Depois disso, observamos que o centro das esferas se torna escuro, um sinal de que as células estão morrendo devido à falta de nutrientes que só chegam por difusão. Cientistas já estão criando estruturas de circulação artificiais usando bioimpressoras, semelhantes a veias e artérias, que irão irrigar o interior desses minicérebros e permitir seu crescimento.

Mas a escala menor também tem suas vantagens. Podemos criar literalmente milhares de minicérebros de uma única vez e mantê-los em pequenas placas. E esses organóides podem ser usados para descobertas de novos medicamentos em plataformas miniaturizadas que permitam a comparação paralela simultaneamente. Esse tipo de escala é passível de automação, modelo preferido pela indústria farmacêutica. Além do teste de drogas para eventuais doenças neurológicas, esse modelo permite uma análise do impacto de drogas ambientais (toxinas, fertilizantes etc.) no desenvolvimento embrionário humano. Nosso laboratório na Universidade da Califórnia em San Diego consegue dizer rapidamente se existem toxinas que afetariam o cérebro embrionário em determinada amostra ambiental, fornecendo um selo de qualidade que deverá ser obrigatório para todos os futuros produtos, artificiais ou não, em alguns anos. Lógico que o modelo tem limitações, afinal os minicérebros não funcionam num sistema interconectado com outros tecidos (sistema imune, por exemplo). Acredito que muitas dessas limitações serão resolvidas num futuro próximo.

Apesar das promessas desse modelo, tudo isso ainda é muito caro para ser aplicado de uma forma personalizada. Felizmente, a ciência dá saltos. Ano passado, conseguimos reduzir o custo dessa tecnologia de forma considerável, possibilitando a geração de minicérebros de até cem pessoas de uma só vez.

O novo método permitirá estudar condições neurológicas geneticamente complexas, como o autismo idiopático.

E foi com esse modelo que descobrimos que os neurônios de minicérebros derivados de indivíduos autistas estabelecem um menor número de conexões nervosas (contatos sinápticos) comparado ao grupo controle (minicérebros derivados de neurotípicos). A alteração sináptica está provavelmente relacionada aos sintomas clínicos dos pacientes. O próximo passo agora é encontrar uma forma de corrigir os defeitos sinápticos nos minicérebros dos autistas. Isso será feito em parceria com a Tismoo, que abrirá seu laboratório para modelagem celular funcional na Europa ainda este ano. É um excelente ponto de partida para futuros ensaios clínicos.

Termino com uma visão filosófica e provocativa desta área científica. Como quase sempre, a ciência avança de forma não-linear, e muitas vezes nos pega de surpresa, sem deixar muitas chances para a reflexão sobre aspectos fundamentais dos dados gerados. Uma pergunta interessante seria se esses minicérebros teriam a capacidade de pensar, ou se teriam consciência da própria existência numa placa de petri. Apesar de rudimentar, as estruturas cerebrais estão lá, principalmente regiões do córtex frontal, responsáveis por uma série de funções cognitivas altamente sofisticadas. Será que essas redes nervosas seriam o princípio da consciência humana? Se sim, quais seriam as implicações éticas dessa tecnologia? Deixando de lado as questões filosóficas e éticas, acredito que esse novo modelo, associado a informação genética individual, trará a medicina personalizada para mais perto dos autistas.