Neurônios cultivados em laboratório imitam redes cerebrais e exibem neuroplasticidade

Resumo: Pesquisadores desenvolveram neurônios cultivados em laboratório que se comportam mais como redes cerebrais reais, avançando o estudo da aprendizagem e da memória. Utilizando dispositivos microfluídicos, os neurônios formaram redes diversas e funcionais, semelhantes às observadas em sistemas nervosos vivos.

Essas redes exibiram padrões de atividade complexos e demonstraram plasticidade neural, reconfigurando-se em resposta a estímulos repetitivos. Essa descoberta fornece aos cientistas uma nova ferramenta poderosa para estudar funções cerebrais em condições controladas de laboratório.

Fatos Principais

• Redes realistas: dispositivos microfluídicos permitiram que neurônios formassem redes cerebrais semelhantes às naturais.

• Plasticidade Neural: A estimulação repetida altera os conjuntos neuronais, imitando os processos de aprendizagem.

• Modelos avançados: esta tecnologia pode ser usada para estudar a formação da memória e a função cerebral.

Fonte: Universidade de Tohoku

“Neurônios que disparam juntos, se conectam” descreve a plasticidade neural observada em cérebros humanos, mas neurônios cultivados em placas de circuito impresso não parecem seguir essas regras. Neurônios cultivados in vitro formam redes aleatórias e sem sentido que disparam todos juntos. Eles não representam com precisão como um cérebro real aprenderia, então só podemos tirar conclusões limitadas de seu estudo.

Mas e se pudéssemos desenvolver neurônios in vitro que realmente se comportassem de forma mais natural?

Uma equipe de pesquisa da Universidade de Tohoku usou dispositivos microfluídicos para reconstituir redes neurais biológicas com conectividade semelhante à encontrada em sistemas nervosos de animais.

Eles demonstraram que tais redes exibem padrões de atividade complexos que podem ser "reconfigurados" por estímulos repetitivos. Essa descoberta notável fornece novas ferramentas para o estudo da aprendizagem e da memória.

Os resultados foram publicados on-line na  Advanced Materials Technologies  em 23 de novembro de 2024.

Em certas áreas do cérebro, a informação é codificada e armazenada como "conjuntos neuronais", ou grupos de neurônios que disparam em conjunto. Os conjuntos mudam com base nos sinais de entrada do ambiente, que é considerado a base neural de como aprendemos e nos lembramos das coisas.

No entanto, estudar esses processos usando modelos animais é difícil devido à sua estrutura complexa.

“A necessidade de cultivar neurônios em laboratório é porque os sistemas são muito mais simples”, observa Hideaki Yamamoto (Universidade de Tohoku). “Neurônios cultivados em laboratório permitem que os cientistas explorem como o aprendizado e a memória funcionam em condições altamente controladas. Há uma demanda para que esses neurônios sejam o mais próximos possível da realidade.”

A equipe de pesquisa criou um modelo especial usando um dispositivo microfluídico – um pequeno chip com minúsculas estruturas tridimensionais. Esse dispositivo permitiu que os neurônios se conectassem e formassem redes semelhantes às do sistema nervoso dos animais.

Ao alterar o tamanho e a forma dos minúsculos túneis (chamados microcanais) que conectam os neurônios, a equipe controlou a intensidade da interação entre eles.

Os pesquisadores demonstraram que redes com microcanais menores podem manter conjuntos neuronais diversos. Por exemplo, os neurônios cultivados in vitro em dispositivos tradicionais tenderam a exibir apenas um único conjunto, enquanto aqueles cultivados com microcanais menores apresentaram até seis conjuntos.

Além disso, a equipe descobriu que a estimulação repetida modula esses conjuntos, mostrando um processo semelhante à plasticidade neural, como se as células estivessem sendo reconfiguradas.

Essa tecnologia de microfluidos, em conjunto com neurônios in vitro, pode ser usada no futuro para desenvolver modelos mais avançados que podem imitar funções cerebrais específicas, como formar e recordar memórias.