Modelo de medula espinhal cultivado em laboratório reproduz lesão e testa terapia de “moléculas dançantes”

Cientistas da Northwestern University desenvolveram um modelo inovador cultivado em laboratório, utilizando organoides de medula espinhal humana, que reproduz com precisão as respostas à lesão e pode acelerar terapias regenerativas. Pela primeira vez, o modelo conseguiu replicar morte celular, inflamação e cicatriz glial — uma barreira densa que impede o recrescimento de nervos.

Organoides são versões em miniatura de órgãos, cultivadas a partir de células-tronco, que imitam a estrutura e a função de tecidos reais. Usando organoides de medula espinhal humana lesionados, os pesquisadores testaram “moléculas dançantes,” uma terapia previamente demonstrada em animais como capaz de reverter a paralisia e reparar tecido. Os organoides tratados apresentaram crescimento significativo de neuritos — as longas projeções que conectam as células nervosas — e o tecido semelhante a cicatriz diminuiu.

A terapia, apresentada em 2021, utiliza o movimento molecular para reparar lesões traumáticas da medula espinhal. Injetada como um líquido, ela forma um gel em uma rede de nanofibras que imita a matriz extracelular, o arcabouço natural ao redor das células da medula espinhal. Ajustar finamente o movimento coletivo das moléculas melhora sua interação com receptores celulares. Em camundongos, uma única injeção administrada 24 horas após uma lesão grave ajudou os animais a voltar a caminhar em até quatro semanas.

Samuel I. Stupp, autor sênior do estudo e inventor da terapia, afirmou que um dos aspectos mais empolgantes dos organoides é que eles podem ser usados para testar novas terapias em tecido humano. Fora de um ensaio clínico (clinical trial), é a única maneira de atingir esse objetivo. Após a aplicação da terapia, a cicatriz glial reduziu-se significativamente, tornando-se quase indetectável, com crescimento de neuritos, lembrando a regeneração de axônios observada em animais. Isso valida que a terapia tem uma boa chance de funcionar em humanos.

Para modelar a lesão da medula espinhal, a equipe criou duas lesões comuns: uma laceração com bisturi e uma contusão por compressão, semelhante ao dano decorrente de um acidente grave ou queda. Ambas causaram morte celular e formação de cicatriz glial, como ocorre em lesões reais. A equipe também adicionou micróglia, as células imunológicas do cérebro, para simular respostas inflamatórias. Os pesquisadores foram os primeiros a introduzir micróglia em um organoide de medula espinhal humana, o que significa que o organoide possui todas as substâncias químicas que o sistema imunológico residente produz em resposta a uma lesão, tornando-o um modelo mais realista e preciso de lesão medular.

Aplicada aos organoides lesionados, a terapia líquida gelificou para formar um arcabouço, acalmou a inflamação, reduziu a cicatrização, alongou neuritos e estimulou um crescimento nervoso organizado. Na lesão medular, os axônios — um tipo de neurito — frequentemente são seccionados, interrompendo a comunicação nervosa e causando paralisia; regenerar essas projeções poderia ajudar a restaurar a função.

Antes de desenvolver o modelo de lesão, os pesquisadores testaram a terapia em um organoide saudável. As moléculas dançantes induziram a formação de neuritos longos na superfície do organoide, mas, quando foram usadas moléculas com menor ou nenhum movimento, nada foi observado. Essa diferença foi muito nítida. A eficácia notável dessa abordagem terapêutica é atribuída ao movimento supramolecular das moléculas, permitindo interações frequentes com receptores celulares.

A terapia recebeu a Orphan Drug Designation da U.S. Food and Drug Administration. A seguir, a equipe planeja organoides mais avançados, incluindo modelos de lesão crônica com tecido cicatricial mais resistente, e, por fim, implantes personalizados cultivados a partir das próprias células-tronco do paciente para evitar rejeição imunológica.

Este trabalho, publicado na Nature Biomedical Engineering, ressalta não apenas o potencial de avanços terapêuticos, mas também o papel transformador dos organoides em promover uma compreensão mais profunda da fisiologia e da patologia humanas. Os organoides permitem que os pesquisadores acelerem suas investigações e reduzam custos em comparação tanto com experimentos em animais quanto com ensaios clínicos em humanos.