Neurônios cultivados em laboratório apresentam plasticidade pela primeira vez

Criar redes neurais em laboratório irá facilitar a pesquisa do aprendizado e da memória.[Imagem: Hakuba Murota et al. - 10.1002/admt.202400894]

Plasticidade cerebral

Quando os cientistas observam um cérebro biológico vivo, geralmente de uma cobaia, o que eles veem é que os neurônios que se interconectam disparam juntos, um fenômeno que está na base da plasticidade cerebral, o modo como nossas conexões nervosas se alteram em resposta a estímulos externos.

Mas há um problema: Quando esses mesmos neurônios são coletados e postos sob o microscópio para estudos mais aprofundados, eles simplesmente deixam de seguir essa regra e o fenômeno desaparece: Neurônios cultivados in vitro formam redes aleatórias e sem sentido que disparam todas juntas.

Assim, eles não representam com precisão como um cérebro real aprende, de modo que estudos desse tipo só permitem tirar conclusões limitadas.

Para superar essa limitação, Hakuba Murota e colegas da Universidade de Tohoku (Japão) se propuseram um objetivo ambicioso: Desenvolver neurônios in vitro que realmente se comportem de forma mais natural.

Usando dispositivos microfluídicos, biochips com minúsculos canais por onde fluidos podem circular de modo controlado, a equipe conseguiu reconstituir redes neuronais biológicas com conectividade semelhante à encontrada em sistemas nervosos animais.

Os experimentos comprovaram que essas redes neurais apresentam padrões de atividade complexos que podem ser "reconfiguradas" por estimulação repetitiva, uma imitação da plasticidade cerebral em laboratório que traz uma nova ferramenta para estudar o aprendizado e a memória.

"A razão pela qual há necessidade de cultivar neurônios em laboratório é porque esses sistemas são muito mais simples," justificou o professor Hideaki Yamamoto. "Neurônios cultivados em laboratório permitem que cientistas explorem como o aprendizado e a memória funcionam em condições altamente controladas. Há uma demanda para que esses neurônios sejam o mais próximo possível da coisa real."

(a) Esquema do dispositivo microfluídico e da cultura de neurônios. (b) Fotografia das redes neurais. Os neurônios são separados em áreas quadradas e conectados através de microcanais.
[Imagem: Hakuba Murota et al. - 10.1002/admt.202400894]

Cérebro em um chip

Em certas áreas do cérebro, as informações são codificadas e armazenadas como "conjuntos neuronais", ou engramas, grupos de neurônios que disparam juntos. Os conjuntos mudam com base nos sinais de entrada do ambiente, que são considerados a base neural de como aprendemos e lembramos das coisas. Entretanto, estudar esses processos usando modelos animais é difícil devido à complexidade do cérebro biológico.

O biochip permitiu que os neurônios se conectassem e formassem redes semelhantes às do sistema nervoso dos animais. Ao alterar o tamanho e o formato dos pequenos túneis, ou microcanais, que conectam os neurônios, a equipe controlou a intensidade com que os neurônios interagiam.

Redes com microcanais menores conseguiram manter conjuntos neuronais mais diversos. Por exemplo, os neurônios cultivados in vitro em dispositivos tradicionais tendem a apresentar apenas um único conjunto, enquanto aqueles cultivados com microcanais menores apresentam até seis conjuntos. Além disso, a equipe descobriu que a estimulação repetida modula esses conjuntos, mostrando um processo semelhante à plasticidade neural, como se as células estivessem sendo reconfiguradas.

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