Pesquisadores querem criar um atlas com todas as células do cérebro humano

Uma combinação de microscopia, preparação de tecidos e inovações de dados pode produzir atlas cerebrais inéditos, que especifiquem as localizações e os tipos de todas as mais de 180 bilhões de células do cérebro.
[Imagem: Hillman Lab/Zuckerman Institute/Columbia University]

Atlas do cérebro inteiro

Uma colaboração de pesquisadores de várias instituições está embarcando em um projeto para criar atlas abrangentes do cérebro humano e de todas as suas mais de 180 bilhões de células.

Esse tipo de dado pode ajudar a descobrir como a estrutura e a organização do cérebro dão origem ao comportamento, às emoções e à cognição, na doença e na saúde, defende a equipe.

Até agora, a vasta complexidade técnica e o tempo necessário para mapear todo o cérebro humano restringiram os atlas cerebrais em nível celular a animais muito pequenos, ou apenas a partes do cérebro humano.

"Ao longo da história da ciência, novas ferramentas estiveram por trás de alguns dos avanços mais dramáticos," disse a professor Elizabeth Hillman, da Universidade de Colúmbia (EUA). "Nós estamos desenvolvendo tecnologias que devem tornar a geração de imagens em grande escala e alta velocidade de dezenas ou mesmo centenas de cérebros humanos uma perspectiva viável nos próximos cinco anos. A quantidade sem precedentes de dados que esperamos produzir deve abrir caminho para conhecimentos anteriormente inacessíveis sobre o cérebro humano."

Microscopia cerebral holística

A Dra Hillman sabe do que está falando: Ela tem um longo histórico de desenvolvimento e invenção de novas técnicas de microscopia, que têm se mostrado cada vez mais poderosas e mais rápidas.

Para este projeto de atlas cerebral, ela está desenvolvendo um microscópio totalmente novo, que ela chama de "microscopia de folha de luz otimizada para o cérebro humano", ou HOLiS na sigla em inglês (Human Brain Optimized Light Sheet).

A equipe escolheu sua sigla para enfatizar a importância do imageamento holístico e da análise de todo o cérebro humano de cada indivíduo.

O novo projeto está sob os auspícios da BRAIN Initiative Cell Census Network, que foi criada em 2017 para incentivar os pesquisadores a encontrar maneiras de gerar atlas abrangentes das células cerebrais.

Como fazer um atlas do cérebro

O primeiro passo no processo de gerar imagens consistirá em cortar cuidadosamente o cérebro doado em seções de 5 milímetros de espessura e processá-las para torná-las completamente transparentes.

Em seguida vem o microscópio HOLiS, que opera na velocidade da luz para gerar imagens 3D coloridas de cada seção. A técnica funciona projetando a luz de um laser no tecido para criar uma folha de luz que ilumina um plano inclinado muito fino, enquanto uma câmera de alta velocidade captura uma imagem do mesmo plano.

Movendo a seção do cérebro em velocidade constante, imagens sucessivas de cada plano podem ser empilhadas para formar um longo bloco 3D. O tecido é então escaneado para frente e para trás para cobrir todo o seu volume, antes de passar para a próxima seção.

"A tentativa de imagear um cérebro humano inteiro com instrumentos convencionais existentes levaria anos," comparou Hillman. "Esperamos que nosso sistema HOLiS seja capaz de criar imagens de um cérebro inteiro em cerca de uma semana."

A equipe não quer apenas contar células: Uma das principais prioridades é desenvolver um atlas cerebral mapeando a diversidade dos muitos tipos diferentes de células que compõem o cérebro.

"Esses dados serão como o Google Earth para o cérebro, permitindo a análise de padrões e distribuições de diferentes tipos de células cerebrais humanas em escalas de comprimento muito diferentes. Para se ter uma ideia do desafio, lembre-se de que existem apenas oito bilhões de pessoas na Terra, mas mais de 180 bilhões de células no cérebro," finalizou Hillman.