Quando os cientistas examinaram pela primeira vez o tecido cerebral ao microscópio, viram uma bagunça impenetrável e confusa. Santiago Ramon y Cajal, o pai da neurociência moderna, comparou a experiência a entrar numa floresta com cem mil milhões de árvores, “olhando todos os dias para pedaços desfocados de algumas dessas árvores emaranhadas umas com as outras, e, depois de alguns anos de isso, tentando escrever um guia de campo ilustrado da floresta”, segundo os autores de The Beautiful Brain , livro sobre a obra de Cajal.
Hoje, os cientistas têm um primeiro rascunho desse guia. Num conjunto de 21 novos artigos publicados em três revistas, as equipas relatam que desenvolveram atlas de células cerebrais em larga escala para humanos e primatas não humanos. Este trabalho, parte da Iniciativa BRAIN dos Institutos Nacionais de Saúde , é o culminar de cinco anos de pesquisa. “Não é apenas um atlas”, diz Ed Lein, neurocientista do Allen Institute for Brain Science e um dos principais autores. “Isso está realmente abrindo um campo totalmente novo, onde agora é possível observar com resolução celular extremamente alta cérebros de espécies onde isso normalmente não era possível no passado.”
Bem-vindo de volta ao Checkup. Vamos conversar sobre cérebros.
O que é um atlas cerebral e o que o torna diferente?
Um atlas cerebral é um mapa 3D do cérebro. Já existem alguns atlas cerebrais, mas este novo conjunto de artigos fornece uma resolução sem precedentes de todo o cérebro para humanos e primatas não humanos. O atlas do cérebro humano inclui a localização e função de mais de 3.000 tipos de células em indivíduos adultos e em desenvolvimento. “Esta é de longe a descrição mais completa do cérebro humano neste tipo de nível, e a primeira descrição em muitas regiões do cérebro”, diz Lein. Mas ainda é um primeiro rascunho.
O trabalho faz parte da BRAIN Initiative Cell Census Network , que começou em 2017 com o objetivo de gerar um atlas abrangente de células cerebrais de referência em 3D para ratos (esse projeto ainda está em andamento). Os resultados divulgados em 12 de outubro faziam parte de um conjunto de estudos piloto para validar se os métodos utilizados em ratos funcionariam em cérebros maiores. Spoiler: esses métodos funcionaram. Muito bem, na verdade.
O que esses estudos iniciais descobriram?
O cérebro humano é muito, muito complexo. Eu sei, chocante! Até agora, as equipes identificaram mais de 3.300 tipos de células. E à medida que a resolução aumenta ainda mais (é nisso que estão trabalhando agora), é provável que descubram muito mais. Os esforços para desenvolver um atlas do cérebro do rato, que estão mais avançados, identificaram 5.000 tipos de células. (Para mais informações, confira estas pré-impressões: 1 e 2 )
Mas por baixo dessa complexidade existem alguns pontos em comum. Muitas regiões, por exemplo, compartilham tipos de células, mas os possuem em proporções diferentes.
E a localização dessa complexidade é surpreendente. A neurociência concentrou grande parte de sua pesquisa na camada externa do cérebro, que é responsável pela memória, aprendizagem, linguagem e muito mais. Mas a maior parte da diversidade celular está, na verdade, em estruturas evolutivas mais antigas, nas profundezas do cérebro, diz Lein.
Como eles fizeram esses atlas?
A abordagem clássica da neurociência para classificar os tipos de células depende da forma da célula – pense em astrócitos em forma de estrela – ou do tipo de atividade das células – como interneurônios de pico rápido. “Esses atlas celulares capitalizam um novo conjunto de tecnologias provenientes da genômica”, diz Lein, principalmente uma técnica conhecida como sequenciamento unicelular.
Primeiro, os pesquisadores começam com um pequeno pedaço de tecido cerebral congelado de um biobanco. “Você pega um tecido, tritura-o e traça o perfil de muitas células para tentar entendê-lo”, diz Lein. Eles entendem isso sequenciando os núcleos das células para observar os genes que estão sendo expressos. “Cada tipo de célula tem um conjunto coerente de genes que normalmente usa. E você pode medir todos esses genes e então agrupar todos os tipos de células com base em seu padrão geral de expressão genética”, diz Lein. Então, usando dados de imagem do cérebro do doador, eles podem colocar essa informação funcional onde ela pertence espacialmente.
Como os cientistas podem usar esses atlas de células cerebrais?
Tantas maneiras. Mas um uso crucial é ajudar a compreender a base das doenças cerebrais. Um atlas cerebral humano de referência que descreva um cérebro normal ou neurotípico poderia ajudar os pesquisadores a compreender a depressão, a esquizofrenia ou muitos outros tipos de doenças, diz Lein. Tomemos como exemplo o Alzheimer. Você poderia aplicar esses mesmos métodos para caracterizar os cérebros de pessoas com diferentes níveis de gravidade da doença de Alzheimer e depois comparar esses mapas cerebrais com o atlas de referência. “E agora você pode começar a fazer perguntas como: ‘Será que certos tipos de células são vulneráveis às doenças ou certos tipos de células são causais?’”, diz Lein. (Ele faz parte de uma equipe que já está trabalhando nisso .) Em vez de investigar placas e emaranhados, os pesquisadores podem fazer perguntas sobre “tipos muito específicos de neurônios que são os verdadeiros elementos do circuito que provavelmente serão perturbados e terão consequências funcionais”, ele diz.
Qual é o próximo passo?
Melhor resolução. “A próxima fase é realmente avançar para uma cobertura muito abrangente do cérebro dos primatas humanos e não humanos em adultos e no desenvolvimento.” Na verdade, esse trabalho já começou com a Cell Atlas Network da Iniciativa BRAIN , um projeto de cinco anos e US$ 500 milhões. O objetivo é gerar um atlas de referência completo dos tipos de células do cérebro humano ao longo da vida e também mapear as interações celulares subjacentes a uma ampla gama de distúrbios cerebrais.
É um nível de detalhe que Ramon y Cajal não poderia imaginar.
