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Pesquisadores da Duke University capturaram vídeos de lapso de tempo de dias de células neurais jovens se movendo e crescendo dentro de uma nova estrutura biocompatível sintética em 3D. Ao observar literalmente como as células respondem aos sinais bioquímicos naturais incorporados no material, os engenheiros biomédicos esperam desenvolver biogéis que possam reparar e regenerar o tecido cerebral após um acidente vascular cerebral ou outro trauma.

Os resultados aparecem online em 22 de junho na revista Advanced Materials.

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Veja como as células neurais primordiais dançam, crescem e até movem estruturas 3D projetadas para curar lesões cerebrais causadas por derrames e outros traumas. Decorar a estrutura com vários nutrientes e sinais bioquímicos permite aos pesquisadores controlar em que tipos de tecidos cerebrais eles se tornam. Crédito: Katrina Wilson e Ken Kingery, Duke University.

Reparar e regenerar o tecido cerebral é uma tarefa difícil. Deixado por conta própria, o cérebro não regenera sinapses, vasos sanguíneos ou outras estruturas perdidas após sofrer uma lesão, como um acidente vascular cerebral. Em vez disso, o tecido cerebral morto é absorvido, deixando para trás uma cavidade desprovida de qualquer coisa reconhecível como tecido cerebral saudável.

Mas isso não impediu os investigadores de tentarem regenerar cérebros danificados. Uma abordagem comum usada por engenheiros biomédicos é fornecer um novo meio para o qual os diversos pedaços de tecido cerebral possam se movimentar, carregado com vários nutrientes e instruções biológicas para estimular o crescimento.

Embora os cientistas da área tenham historicamente buscado um biomaterial homogêneo e gelatinoso para apoiar o crescimento neural, Tatiana Segura, professora de engenharia biomédica na Duke University, desenvolveu uma abordagem diferente. Seu biomaterial construído para estimular todos os tipos de cura e crescimento é feito de milhões de minúsculas esferas gelatinosas agrupadas para formar uma estrutura estável.

“A maioria dos outros laboratórios usa hidrogéis não porosos que são como um grande pedaço de gelatina, e as células precisam corroê-lo antes de poderem depositar material para crescer novamente”, disse Segura. “As nossas são mais como laranjas macias embaladas em uma caixa, que oferece vários bolsos e espaços vazios por onde as células podem se mover e crescer.”

A abordagem da caixa de laranjas – chamada de andaimes de partículas recozidas microporosas (MAP) – provou ser promissora em um grande número de tecidos, como pele e ossos. E em 2018, foi demonstrado que reduz a inflamação e promove a migração de células progenitoras neurais (NPC) para a lesão do acidente vascular cerebral.

Esta observação levou Katrina Wilson, doutoranda no laboratório de Segura, a projetar estruturas MAP para orientar melhor como essas células progenitoras se diferenciam. Não tão imaturos e hábeis quanto as células-tronco, os progenitores neurais ainda são capazes de se tornar a maioria, senão todos, os tipos de células encontradas no cérebro. Ser capaz de dizer-lhes para onde ir e o que se tornar seria uma vantagem para o desenvolvimento de tratamentos de cura cerebral.

No corpo humano, as células-tronco e as células progenitoras respondem a sinais biológicos de várias estruturas e proteínas encontradas ao seu redor. Uma fonte de instrução vem das proteínas laminina que constituem a estrutura biológica do corpo chamada matriz extracelular.

No novo artigo, Wilson incorporou diferentes combinações de porções dessas proteínas chamadas peptídeos em sua estrutura sintética de MAP e depois observou o que aconteceu – literalmente. Ela criou vídeos de lapso de tempo ao longo de vários dias que mostram como as células progenitoras respondem à estrutura MAP pintada com peptídeos.

“Vimos as células se fixarem na estrutura ao longo do tempo e realmente movê-las fisicamente”, disse Segura. “Costumávamos pensar nele apenas como um trepa-trepa com crianças brincando nele. Mas não foi isso que vimos, as células exercem forças físicas na estrutura que são suficientes para fazer com que ela se mova.”