Entrar no cérebro humano e observar todos os pormenores sem o alterar é o sonho impossível da neurociência, mas a tecnologia está a torná-lo cada vez mais próximo da realidade.
O Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), nos EUA, acaba de publicar na revista Science uma nova metodologia que combina várias inovações para obter imagens nítidas e de alta resolução de hemisférios cerebrais inteiros, processando e rotulando com precisão todos os pormenores.
Em uma primeira aproximação, os pesquisadores cartografaram os cérebros de dois dadores, um com doença de Alzheimer e outro saudável: é apenas o início do que está para vir.
A caracterização dos pormenores estruturais, celulares e moleculares do cérebro humano é crucial para compreender a função e a disfunção do sistema nervoso central. No entanto, as limitações técnicas têm impedido uma análise exaustiva do cérebro humano.
O MEGAtome (vibrótomo sem abrasão de grandes dimensões mecanicamente melhorado), utilizado pela equipa do estudo, permitiu o corte de precisão de sistemas biológicos ultragrandes, minimizando a perda de informação de conectividade, graças ao sistema de vários graus de liberdade (DOF – degree of freedom) que otimiza o controlo da vibração da lâmina.
O corte do MEGAtome e a imagem de folha de luz facilitaram o mapeamento molecular de alto rendimento de amostras de escala ultra grande, como placas coronais intactas de cérebro humano e matrizes de órgãos de animais em escala de coorte.
O método integrado de processamento de tecidos com base em hidrogel denominado mELAST (magnifiable entangled link-augmented stretchable tissue-hydrogel) transformou tecidos biológicos em hidrogéis elásticos, transparentes e expansíveis, preservando simultaneamente biomoléculas endógenas e arquiteturas celulares nanoscópicas.
O mELAST permitiu a obtenção de imagens multiescala altamente multiplexadas de tecidos cerebrais humanos intactos. A UNSLICE (unificação de tecidos cortados através da ligação de pontos terminais de fibras cortadas interligadas) facilitou o registo preciso entre placas para reconstruir blocos de tecido cortados ao nível de uma única fibra, utilizando fibras imunomarcadas específicas do tipo de célula como pontos de referência.
A equipa aplicou a plataforma tecnológica integrada para analisar a patologia da doença de Alzheimer (DA) humana a várias escalas, revelando diversas características patológicas, incluindo diferenças nas distribuições de tipos de células, características morfológicas, orientações de fibras neuronais e distribuições de sinapses químicas.
Aproveitando o UNSLICE, demonstraram ainda um mapeamento de projeção neural escalável com resolução de fibra única em cérebros humanos, que revelou padrões de projeção de fibras nervosas que expressam proteínas patológicas.
A plataforma tecnológica utilizada permite a fenotipagem estrutural e molecular escalável e totalmente integrada de células em tecidos à escala do cérebro humano com uma resolução e velocidade sem precedentes.
A equipe prevê que esta plataforma permita a análise holística de um grande número de cérebros humanos e animais, facilitando assim a compreensão das homologias interespécies, das variações populacionais e das características específicas das doenças.
Além disso, esta abordagem permitiu o mapeamento de um único neurônio e a sua integração com perfis de expressão molecular. Essa caraterística distintiva permitirá elucidar os princípios de organização dos circuitos neurais e as suas alterações específicas em cérebros humanos, avançando assim a nossa compreensão dos mecanismos das doenças.
Referência da notícia:
Park J., Wang J., Gjesteby L., et al. Integrated platform for multiscale molecular imaging and phenotyping of the human brain. Science (2024).