Um novo estudo liderado por pesquisadores da Stanford Medicine sugere que o cérebro humano não se desenvolve a partir de uma única população de células progenitoras, como indicava o modelo tradicional. A pesquisa aponta que duas populações distintas de células surgem paralelamente nos primeiros momentos da formação do sistema nervoso e seguem trajetórias diferentes para dar origem às principais regiões do cérebro.
O trabalho foi publicado nesta sexta-feira (18) na revista científica Nature Neuroscience e apresenta evidências de que uma população de células origina o prosencéfalo e o mesencéfalo, enquanto outra dá origem ao rombencéfalo, também chamado de cérebro posterior.
A descoberta modifica uma compreensão importante sobre o desenvolvimento embrionário. Durante décadas, cientistas trabalharam com a ideia de que uma população inicial de células progenitoras do tecido nervoso seria capaz de gerar todas as regiões do cérebro. Os novos experimentos indicam que, desde uma fase muito precoce, o órgão segue uma divisão em duas linhagens.
Apesar de terem origens diferentes, essas estruturas passam a funcionar de maneira integrada no organismo. É justamente essa combinação entre trajetórias distintas e funcionamento conjunto que ajuda a explicar a complexidade do cérebro.
Duas linhagens aparecem no início da formação
Para entender como o cérebro se desenvolve, os pesquisadores analisaram os primeiros momentos da formação embrionária, durante uma etapa chamada gastrulação. É nesse período que diferentes grupos celulares começam a assumir destinos específicos no organismo.
Nos experimentos realizados com embriões de camundongos, a equipe identificou duas populações distintas de células progenitoras neurais.
Uma delas, chamada ectoderma neural anterior, dá origem ao prosencéfalo e ao mesencéfalo. Essas regiões estão relacionadas a funções como consciência, linguagem, raciocínio, percepção e integração de informações.
A segunda população, denominada ectoderma neural posterior, segue outra trajetória e origina o rombencéfalo.
Os pesquisadores observaram que essas duas populações aparecem paralelamente e permanecem separadas durante o desenvolvimento. Uma não se transforma na outra, indicando que não se trata simplesmente de diferentes fases de uma mesma linhagem celular.
A equipe também encontrou diferenças na organização da cromatina — estrutura formada pelo DNA associado a proteínas dentro das células. Essas diferenças influenciam quais genes podem ser ativados e ajudam a direcionar cada grupo celular para seu destino.
O papel do cérebro posterior
O rombencéfalo está relacionado a algumas das funções mais básicas e indispensáveis para a sobrevivência.
Entre suas atribuições estão mecanismos envolvidos na respiração, controle dos batimentos cardíacos e sono. Neurônios dessa região também participam do controle de músculos da face, da língua e da garganta, influenciando atividades como fala e deglutição.
Embora essas funções sejam essenciais, pesquisadores enfrentavam dificuldades para produzir determinados neurônios do rombencéfalo em laboratório.
A nova descoberta oferece uma possível explicação para esse problema.
Segundo os pesquisadores, tentativas anteriores muitas vezes partiam de células progenitoras destinadas a formar o prosencéfalo e o mesencéfalo e tentavam direcioná-las para produzir neurônios do cérebro posterior.
Os novos resultados indicam que esse caminho não funciona porque as células pertencem a linhagens diferentes desde o começo.
Células humanas foram transformadas em neurônios do rombencéfalo
Depois de identificar a existência das duas linhagens, os cientistas utilizaram células-tronco pluripotentes humanas para testar se seria possível reproduzir o processo em laboratório.
As células pluripotentes têm capacidade de dar origem a diferentes tipos celulares. Com os conhecimentos obtidos sobre o desenvolvimento embrionário, os pesquisadores conseguiram direcioná-las para uma trajetória correspondente ao cérebro posterior.
O resultado foi a produção de neurônios motores específicos do rombencéfalo que apresentaram características compatíveis com as células encontradas no organismo.
Os neurônios produzidos em laboratório demonstraram atividade elétrica, incluindo potenciais de ação, e produziram proteínas características das regiões do rombencéfalo envolvidas no controle dos músculos faciais e da deglutição.
O avanço é considerado relevante porque oferece aos pesquisadores uma nova ferramenta para estudar células que, até então, eram difíceis de produzir fora do organismo.
Possíveis aplicações no estudo de doenças
A descoberta pode ter impacto especialmente na pesquisa de doenças que atingem neurônios do cérebro posterior.
Entre elas estão a atrofia muscular espinhal (AME) e a esclerose lateral amiotrófica (ELA). Em determinadas formas dessas doenças, a perda progressiva da função de neurônios envolvidos no controle da deglutição e da respiração pode provocar complicações graves.
Ter células humanas produzidas em laboratório pode permitir que os cientistas observem mais de perto como determinadas doenças afetam esses neurônios.
Também existe a possibilidade de utilizar esses modelos em estudos futuros para testar mecanismos de doenças e investigar potenciais tratamentos.
Isso não significa, porém, que o estudo tenha desenvolvido uma terapia ou tratamento para ELA ou AME. O avanço está principalmente na criação de um modelo experimental que poderá ajudar pesquisas futuras.
Os próprios pesquisadores destacam que a nova capacidade de produzir neurônios do cérebro posterior em laboratório abre oportunidades para compreender melhor doenças que afetam essa região.
Uma história evolutiva de milhões de anos
A equipe também investigou se a divisão encontrada no desenvolvimento do cérebro seria exclusiva dos mamíferos.
Os pesquisadores analisaram diferentes espécies e encontraram evidências de padrões semelhantes em animais como galinhas e peixes-zebra. Também identificaram sinais relacionados às duas linhagens em vermes-de-bolota, organismos marinhos que possuem um ancestral evolutivo distante em comum com os seres humanos.
De acordo com os autores, os resultados levantam a possibilidade de que a existência de sistemas nervosos anterior e posterior separados seja uma característica muito antiga da evolução animal. O estudo sugere que essa organização pode ter sido preservada por aproximadamente 550 milhões de anos.
A hipótese apresentada pelos pesquisadores é que dois sistemas nervosos ancestrais, originalmente separados, teriam evoluído de maneira integrada ao longo do tempo, dando origem à organização encontrada atualmente.
Essa perspectiva também ajuda a explicar por que regiões cerebrais com funções tão diferentes podem apresentar origens embrionárias distintas e, ainda assim, funcionar de maneira coordenada.
Uma nova maneira de compreender o cérebro
A expressão “cérebro” normalmente remete a um único órgão formado como uma estrutura contínua. A pesquisa publicada na Nature Neuroscience acrescenta uma nova camada a essa compreensão.
Em vez de uma única trajetória celular dando origem a todas as regiões, os resultados apontam para duas linhagens progenitoras que aparecem muito cedo e seguem caminhos paralelos.
Isso não significa que o cérebro humano seja literalmente formado por dois órgãos independentes na vida adulta. As regiões trabalham em conjunto e formam uma estrutura integrada. A descoberta diz respeito principalmente à origem embrionária e evolutiva das diferentes partes do sistema nervoso.
Para a ciência, essa distinção pode ser importante. Ao compreender de onde cada tipo de célula vem e quais mecanismos determinam seu destino, pesquisadores podem desenvolver modelos laboratoriais mais precisos.
O estudo também mostra como descobertas básicas sobre o desenvolvimento embrionário podem produzir consequências práticas para a pesquisa médica.
Ao conseguir produzir em laboratório neurônios do rombencéfalo que antes eram difíceis de obter, os cientistas passam a ter uma ferramenta adicional para investigar doenças neurológicas.
Os próximos passos deverão envolver o aprofundamento dessa divisão entre as duas linhagens, incluindo a investigação sobre o desenvolvimento de outras estruturas do sistema nervoso e sobre como doenças específicas comprometem os neurônios do cérebro posterior.
Por enquanto, o trabalho representa principalmente uma mudança na compreensão de como o cérebro se forma. Ao revelar duas origens celulares distintas que surgem paralelamente nos primeiros momentos do desenvolvimento, os pesquisadores acrescentam uma nova peça ao complexo quebra-cabeça da formação do órgão responsável por algumas das funções mais fundamentais e sofisticadas do corpo humano.
