Órgãos minúsculos de laboratório já estão salvando vidas. E pesquisadores veem ainda mais potencial neles.

Em uma placa de Petri em um laboratório em Basel, doze grumos brancos do tamanho de ervilhas flutuam em uma solução nutritiva rosa-claro. Vistos de fora, eles parecem sem vida. Mas, por dentro, dez milhões de células nervosas enviam sinais de um lado para o outro.

Cada um desses minúsculos pedaços é um cérebro em miniatura. Ou, mais precisamente, um pedaço de tecido muito semelhante ao prosencéfalo humano. Essas réplicas de órgãos em placas de Petri são chamadas de organoides na comunidade científica.

Faz apenas dezesseis anos que os cientistas desenvolveram o primeiro organoide. Desde então, uma revolução ocorreu quase despercebida. Os organoides se tornaram parte indispensável da pesquisa médica. Câncer, Alzheimer, diabetes, doenças infecciosas, defeitos genéticos — a lista de doenças pesquisadas com organoides é praticamente infinita. E os cientistas estão descobrindo cada vez mais aplicações para esses miniórgãos artificiais.

Os organoides cerebrais no laboratório de Basileia foram cultivados pela equipe liderada por Barbara Treutlein. Ela é professora do Departamento de Ciência e Engenharia de Biossistemas da ETH Zurique, em Basileia, e uma das pioneiras na pesquisa de organoides.

O objetivo é tornar os organoides ainda mais semelhantes ao tecido real. Quanto mais um organoide se assemelha ao tecido, maior a probabilidade de reagir como o órgão real, por exemplo, a um medicamento. Portanto, os organoides se estabeleceram rapidamente como um sistema de teste na indústria farmacêutica. "A esperança é que isso reduza o tempo necessário para o desenvolvimento de um medicamento", diz Treutlein. A indústria farmacêutica está investindo pesadamente no desenvolvimento de organoides.

Organoides podem possibilitar experimentos que, de outra forma, seriam impossíveis. Usando organoides cerebrais, pesquisadores conseguiram, por exemplo, demonstrar como e por que o vírus Zika causa danos graves ao cérebro de crianças ainda não nascidas. Experimentos com tecido cerebral de crianças ainda não nascidas seriam impensáveis ​​sem organoides. Organoides são geralmente adequados para investigar com precisão processos durante o desenvolvimento embrionário. Assim, pesquisadores podem descobrir o que dá errado em certas doenças genéticas e encontrar pontos de partida para novas terapias.

Os organoides já estão se mostrando transformadores para os primeiros pacientes. Pessoas com fibrose cística, uma doença crônica grave, sofrem de problemas digestivos, tosse persistente e piora progressiva da função pulmonar. Sem assistência médica, os afetados frequentemente morrem na infância ou adolescência. Diversos medicamentos estão disponíveis para tratamento, mas alguns são muito caros e funcionam apenas para uma pequena parcela dos afetados.

Pesquisadores na Holanda desenvolveram um teste que indica qual medicamento é mais promissor para cada paciente. Eles coletam uma pequena quantidade de células do intestino do paciente e as utilizam para cultivar um organoide intestinal. Em seguida, testam o medicamento nesse organoide. Se o organoide reagir positivamente ao medicamento, geralmente também ajudará o paciente. O procedimento já está integrado ao sistema de saúde holandês: se o teste indicar que um medicamento provavelmente será eficaz, o plano de saúde cobrirá o tratamento caro.

Os cientistas gostariam de introduzir esse tipo de medicina personalizada também no tratamento do câncer. Nesse caso, também existem terapias muito caras que beneficiam apenas um pequeno grupo de pacientes. Além disso, muitas terapias convencionais estão associadas a efeitos colaterais extremamente graves. Os pacientes só devem ser submetidos a elas se o tratamento tiver alta probabilidade de sucesso. Os pesquisadores podem usar uma ou mais amostras de tecido tumoral para cultivar modelos do tumor individual de um paciente em laboratório e testar diversas terapias com elas. Os pesquisadores esperam que esses testes se tornem gradualmente parte da prática clínica diária nos próximos anos. Vários estudos já estão em andamento.

Esses sucessos se devem principalmente a dois avanços na pesquisa com organoides: agora existem protocolos detalhados para o cultivo de organoides de todos os tipos de tecidos, do coração, áreas do cérebro, intestino, mas também de glândulas lacrimais, cartilagem articular e linfonodos. E os organoides se tornaram cada vez mais complexos e fiéis ao original ao longo do tempo.

"Organoides são muito mais do que apenas aglomerados de células", afirma Barbara Treutlein. As células no organoide devem estar dispostas exatamente no mesmo arranjo tridimensional que no tecido real e consistir na mesma mistura de tipos celulares. Isso permite que elas desempenhem as funções do órgão real até certo ponto. Por exemplo, um organoide cardíaco bate ritmicamente, um organoide renal produz urina e um organoide cerebral envia sinais elétricos de um lado para o outro.

Para cultivar organoides, os cientistas precisam de células-tronco como material de partida. Essas células ainda podem se desenvolver em diferentes tipos de células. Os pesquisadores podem controlar esse desenvolvimento por meio de coquetéis químicos precisamente definidos — por exemplo, criando tecido cerebral realista.

Quanto mais precisamente as condições na placa de Petri refletirem a situação durante o desenvolvimento normal do tecido, maior a probabilidade de as células-tronco se desenvolverem conforme o esperado. Mas isso não é tão fácil. "Durante o desenvolvimento normal, as condições para as células estão em constante mudança", diz Treutlein. Portanto, os sinais químicos na solução nutritiva devem ser constantemente trocados para garantir que o organoide permaneça no caminho correto de desenvolvimento. Se você experimentar o protocolo, as células podem facilmente tomar o caminho errado. "Em determinado momento, nossas células repentinamente começaram a bater ritmicamente como células do músculo cardíaco — mas, na verdade, elas deveriam se tornar células nervosas", diz Treutlein.

Para verificar se os organoides se desenvolveram corretamente, Treutlein utiliza testes de última geração. Esses testes envolvem medições extremamente precisas das células individuais do organoide, permitindo a detecção de até mesmo as menores diferenças entre elas. Isso ocorre porque existem muito mais tipos de células ligeiramente diferentes nos órgãos do que se pensava anteriormente. "Hoje, sabemos que existem alguns milhares de tipos diferentes de células nervosas no cérebro", diz Treutlein. Portanto, nem todas as células nervosas são iguais. E só porque um organoide se parece com um coração ou cérebro ao microscópio não significa necessariamente que seja uma boa réplica do órgão real.

Os organoides estão sendo utilizados em um número crescente de áreas da pesquisa médica. Nos últimos anos, o número de publicações científicas que mencionam organoides aumentou exponencialmente. Só no ano passado, foram mais de 4.000.

O grande sucesso dos pequenos órgãos aumenta a esperança de que muito mais será possível no futuro.

Pesquisadores e ativistas dos direitos dos animais querem cada vez mais substituir os testes em animais por experimentos com organoides. Até agora, isso só foi possível de forma limitada. Porque, em animais, os efeitos de um medicamento em um organismo inteiro podem ser testados. A interação de vários órgãos, um sistema imunológico completo, nervos e vasos sanguíneos que conectam tudo: tudo isso tem estado ausente nos testes com organoides até o momento.

Mas os cientistas também estão trabalhando nisso. "Estamos tentando alcançar uma complexidade cada vez maior nos organoides", diz Treutlein. Já existem os primeiros organoides que também contêm células imunológicas, organoides intestinais que abrigam um microbioma e até chips nos quais vários organoides são conectados para formar um sistema.

O tamanho dos organoides também apresenta desafios aos cientistas. Os organoides cerebrais do tamanho de uma ervilha no laboratório de Treutlein não são fáceis de obter. Para que os organoides cresçam mais do que alguns milímetros, são necessários vasos sanguíneos. Sem eles, o tecido dentro de um pedaço de tecido mais espesso não receberia oxigênio ou nutrientes e morreria. A equipe de Barbara Treutlein está, portanto, trabalhando no cultivo dos organoides cerebrais juntamente com células que formam os vasos sanguíneos.

O que os pequenos cérebros em sua placa de Petri podem estar pensando sobre tudo isso? Treutlein não está preocupada com isso. "Uma parte tão pequena do córtex frontal obviamente não consegue pensar por conta própria", diz ela. Faltam-lhe estímulos sensoriais e interação com o resto do cérebro e do corpo.