image: (a) Derivation of human iPSC-astrocytes. Human neural stem cells (NSC) were differentiated from induced pluripotent stem cells (iPSC) and they were exposed to astrocyte induction medium (AIM). After 21 days in AIM human iPSC-derived radial glia-like cells (RCG) exhibited high proliferation rates and strong labeling for neural precursor markers. After exposing RGC to astrocyte medium for additional 4 weeks, human iPSC-derived astrocytes were obtained and used in the experiments. (b) Induction of in vitro astrogliosis. Human iPSC-derived astrocytes were exposed to serum-deprived culture medium for 24 h; then TNF-α was added to the cells in order to analyze the canonical events over the course of astrogliosis, as follows: i) NF-kB nuclear translocation was assessed 1 h after TNF-α exposure; ii) expression of cytokines was evaluated in a time window between 1.5 and 6 h following TNF-α exposure; iii) expression and secretion of cytokines and D-aspartate uptake assay were performed 24 h following TNF-α exposure; iv) densitometry of the intermediate filaments, vimentin and GFAP, cell morphology and viability, D-aspartate uptake assays were performed 5 days after TNF-α stimulation in order to investigate chronic stage of astrogliosis. view more
Credit: Pablo Trindade
Os astrócitos são células neurais com papel fundamental em nosso sistema nervoso. A inflamação dessas células constitui um fenômeno chamado astrogliose, reação que, quando crônica ou ocasionada por fatores externos como lesões e infecções, está associada a doenças neurodegenerativas. Cientes deste processo fundamental para evitar doenças e melhorar a qualidade de vida de pacientes, pesquisadores do Instituto D'Or de Pesquisa e Ensino (IDOR) e da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), em parceria com outras instituições nacionais, publicaram um dos primeiros estudos a observar detalhadamente esse processo inflamatório em astrócitos humanos criados em laboratório.
O termo astrogliose pode parecer pouco familiar e estritamente científico para boa parte da população, mas a realidade é que este tipo de inflamação é comum a várias doenças que afetam o sistema nervoso central, como o mal de Parkinson, esclerose múltipla, Alzheimer e malformações congênitas causadas pelo vírus da zika. A inflamação é muito conhecida no meio acadêmico, porém, a maioria das pesquisas foi desenvolvida em modelos animais, estratégia experimental que apesar de relevante para o avanço científico, sob muitos aspectos não exprime a complexidade cerebral humana. "Os testes em animais possuem sua relevância na ciência, mas a realidade é que eles falham em reproduzir alguns aspectos humanos, principalmente quando relacionados a respostas do sistema imunológico. É o caso das células gliais humanas, entre elas os astrócitos, que são responsáveis pela manutenção metabólica dos neurônios e de seus impulsos nervosos", afirma Pablo Trindade, primeiro autor do estudo.
Para entender o processo inflamatório da astrogliose,o coordenador da pesquisa e cientista das instituições UFRJ e IDOR, Stevens Rehen, adotou um procedimento de cultivo celular que já é sua assinatura em diversos outros estudos sobre o cérebro humano -- entre eles, o desenvolvimento de organoides cerebrais que ajudaram a correlacionar o vírus da zika ao surgimento de microcefalia. O método da equipe de Rehen consiste em desenvolver em laboratório células-tronco pluripotentes, que são reprogramadas a partir de células humanas encontradas naturalmente na urina de doadores voluntários. Essas células-tronco são estimuladas para que se transformem em astrócitos saudáveis, ou em qualquer outra célula interessante para a pesquisa da vez. Neste caso, a partir da criação de astrócitos, os cientistas colocaram as células para reagir com uma proteína inflamatória chamada TNF, obtendo em laboratório o mapa de uma astrogliose humana. Os resultados observados indicam que o processo da inflamação já ocorre na primeira hora, e que vai prejudicando gradativamente a eficiência dos astrócitos ao longo do tempo.
Além de alterações na estrutura das células, que passam a apresentar núcleos menores e formas esticadas, a inflamação interferiu na função primordial dos astrócitos: regular os neurotransmissores; isto é, as substâncias secretadas naturalmente por neurônios como forma de comunicação, mas que podem causar severos danos se circulam em demasia ou em carência em nosso sistema nervoso. Durante a astrogliose, o estudo identificou principalmente uma irregularidade no sistema de captação de glutamato, aminoácido que é fundamental para funções cognitivas cerebrais como a aprendizagem e a memória, além de ser nosso principal neurotransmissor estimulatório.
Os resultados da publicação representam pioneirismo nacional nos estudos sobre a astrogliose, descrevendo um procedimento que analisa o fenômeno neurodegenerativo de forma não invasiva, utilizando células humanas. Os pesquisadores apontam que as evidências e os métodos viabilizados a partir desse estudo podem servir como base para outras pesquisas, incluindo aquelas direcionadas a descobertas de novos tratamentos que possam melhorar a qualidade de vida de pessoas com inflamações cerebrais causadas por doenças neurodegenerativas.
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