O MIT inventa uma técnica para observar o cérebro como nunca o vimos antes

Entrar no cérebro humano e observar todos os pormenores sem o alterar é o sonho impossível da neurociência, mas a tecnologia está a torná-lo cada vez mais próximo da realidade.

O Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), nos EUA, acaba de publicar na revista Science uma nova metodologia que combina várias inovações para obter imagens nítidas e de alta resolução de hemisférios cerebrais inteiros, processando e rotulando com precisão todos os pormenores.

Numa primeira aproximação, os investigadores cartografaram os cérebros de dois dadores, um com doença de Alzheimer e outro saudável: é apenas o início do que está para vir.

O novo método pode ajudar a esclarecer muita coisa acerca do nosso cérebro

A caracterização dos pormenores estruturais, celulares e moleculares do cérebro humano é crucial para compreender a função e a disfunção do sistema nervoso central. No entanto, as limitações técnicas têm impedido uma análise exaustiva do cérebro humano.

O MEGAtome (vibrótomo sem abrasão de grandes dimensões mecanicamente melhorado), utilizado pela equipa do estudo, permitiu o corte de precisão de sistemas biológicos ultragrandes, minimizando a perda de informação de conectividade, graças ao sistema de vários graus de liberdade (DOF – degree of freedom) que otimiza o controlo da vibração da lâmina.

O corte do MEGAtome e a imagem de folha de luz facilitaram o mapeamento molecular de alto rendimento de amostras de escala ultra grande, como placas coronais intactas de cérebro humano e matrizes de órgãos de animais em escala de coorte.

O método integrado de processamento de tecidos com base em hidrogel denominado mELAST (magnifiable entangled link-augmented stretchable tissue-hydrogel) transformou tecidos biológicos em hidrogéis elásticos, transparentes e expansíveis, preservando simultaneamente biomoléculas endógenas e arquiteturas celulares nanoscópicas.

O mELAST permitiu a obtenção de imagens multiescala altamente multiplexadas de tecidos cerebrais humanos intactos. A UNSLICE (unificação de tecidos cortados através da ligação de pontos terminais de fibras cortadas interligadas) facilitou o registo preciso entre placas para reconstruir blocos de tecido cortados ao nível de uma única fibra, utilizando fibras imunomarcadas específicas do tipo de célula como pontos de referência.

A equipa aplicou a plataforma tecnológica integrada para analisar a patologia da doença de Alzheimer (DA) humana a várias escalas, revelando diversas características patológicas, incluindo diferenças nas distribuições de tipos de células, características morfológicas, orientações de fibras neuronais e distribuições de sinapses químicas.

Aproveitando o UNSLICE, demonstraram ainda um mapeamento de projeção neural escalável com resolução de fibra única em cérebros humanos, que revelou padrões de projeção de fibras nervosas que expressam proteínas patológicas.

Os resultados parecem ser animadores

A plataforma tecnológica utilizada permite a fenotipagem estrutural e molecular escalável e totalmente integrada de células em tecidos à escala do cérebro humano com uma resolução e velocidade sem precedentes.

A equipa prevê que esta plataforma permita a análise holística de um grande número de cérebros humanos e animais, facilitando assim a compreensão das homologias interespécies, das variações populacionais e das características específicas das doenças.

Além disso, esta abordagem permitiu o mapeamento de um único neurónio e a sua integração com perfis de expressão molecular. Esta caraterística distintiva permitirá elucidar os princípios de organização dos circuitos neurais e as suas alterações específicas em cérebros humanos, avançando assim a nossa compreensão dos mecanismos das doenças.

Referência da notícia:
Park J., Wang J., Gjesteby L., et al. Integrated platform for multiscale molecular imaging and phenotyping of the human brain. Science (2024).