O estudo do desenvolvimento embrionário do cérebro humano e da distribuição de nutrientes durante essa fase foi, por muito tempo, limitado a modelos animais e tecidos humanos mortos. Muito mudou com os chamados organoides: mini-orgãos criados in vitro, em laboratório, a partir de poucas células do próprio órgão, de células tronco embrionárias ou células pluripotentes. Esses organóides apresentam uma micro-anatomia tridimensional simplificada, mas semelhante ao órgão real.

Figura 1: Mini-cérebro com 45 dias. A linha branca define uma escala de 1 mm.

A compreensão da distribuição de elementos químicos que são essenciais para o cérebro embrionário pode elucidar, por exemplo, os mecanismos por traz de diversas doenças relacionadas ao desenvolvimento neuronal, inclusive os manifestados na fase adulta.

Recentemente, um grupo de pesquisadores do Instituto D’Or de Pesquisa e Ensino, da Universidade Federal do Rio de Janeiro, do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio de Janeiro, e do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron, utilizou as instalações do LNLS para estudar a distribuição de elementos químicos em organóides cerebrais humanos, também chamados de mini-cérebros.

Os pesquisadores utilizaram a linha de luz XRF, de Fluorescência de Raios X, para produzir um mapa dos elementos químicos presentes nos mini-cérebros, como Fósforo, Enxofre, Potássio, Cálcio, Ferro, Zinco e outros. Isso é possível porque, quando átomos numa amostra são excitados com Raios X, cada elemento químico reemite radiação de forma específica, produzindo uma assinatura única que permite sua identificação.

Os organóides foram estudados em duas fases, equivalentes a diferentes momentos do desenvolvimento embrionário: uma em que há intensa multiplicação celular e outra em que há a formação de estruturas entre neurônios. Foi observado que a distribuição de elementos é modificada entre as fases, podendo indicar tanto o funcionamento de receptores específicos para determinados elementos químicos, quanto uma utilização específica destes elementos em um ambiente celular específico do organoide.

Figura 2: Mapas da concentração de diferentes elementos em organoides cerebrais aos 30 (figuras de cima) e 45 dias (figuras de baixo) de desenvolvimento, para pares de elementos: Fósforo/Enxofre (A) e (D); Fósforo/Zinco (B) e (E); e, Potássio/Cálcio (C) e (F).

Os resultados mostram o potencial de se utilizar mini-cérebros, aliados com técnicas de Fluorescência de Raios X, como modelo para explorar as mudanças na distribuição de micronutrientes durante o desenvolvimento cerebral.

Fonte: Sartore RC, Cardoso SC, Lages YVM, Paraguassu JM, Stelling MP, Madeiro da Costa RF, Guimaraes MZ, Pérez CA, Rehen SK. (2017) Trace elements during primordial plexiform network formation in human cerebral organoids. PeerJ 5:e2927. DOI: 10.7717/peerj.2927