Modelo tridimensional de baixo custo deve agilizar pesquisas sobre os efeitos neurológicos da COVID-19

André Julião | Agência FAPESP – Pesquisadores da Universidade Federal de São Paulo (Unifesp) desenvolveram – usando células de camundongo – um modelo bioimpresso tridimensional do cérebro para estudar a ação neurológica do vírus SARS-CoV-2. Além disso, o grupo conseguiu criar uma versão adaptada do patógeno capaz de infectar as células nervosas dos roedores. A expectativa do grupo é que esses dois feitos – descritos na revista Advanced Biology – ajudem a baratear e a agilizar as pesquisas sobre os efeitos da COVID-19 no sistema nervoso central.

“Nossa proposta foi criar modelos bioimpresssos tridimensionais que poderiam ser usados para estudar os mecanismos de invasão do vírus, a ação de fármacos e outros temas. Como o SARS-CoV-2 que infecta humanos não infecta camundongos, a opção até então era usar animais geneticamente modificados, que expressam o receptor humano [a proteína ACE-2, à qual o vírus se liga para invadir as células]. Mas nós queríamos uma versão adaptada do vírus específica para as células neurais desses animais”, conta Marimélia Porcionatto, professora da Escola Paulista de Medicina (EPM-Unifesp) e coordenadora do projeto, que é financiado pela FAPESP.

O trabalho contou com a colaboração de um time de virologistas, entre eles Juliana Maricato e Luiz Mário Janini, professores da EPM-Unifesp – este último também apoiado pela FAPESP.

A chamada biotinta, criada pelo grupo, é uma mistura de compostos naturais com células neurais que alimenta uma impressora 3D. O modelo havia sido desenvolvido em trabalhos anteriores e permite que as células sobrevivam ao processo de bioimpressão, migrem no espaço e interajam entre si, como se estivessem no tecido nervoso. Segundo os pesquisadores, o protocolo foi desenvolvido com células de camundongos, mas usa materiais biocompatíveis que podem no futuro ser adaptados para células humanas (leia mais em: agencia.fapesp.br/37767/).

“Agora, além de astrócitos, adicionamos neurônios ao modelo. Uma vez que são mais sensíveis, porém, essas células foram adicionadas posteriormente, como se fossem semeadas sobre o material bioimpresso. Dessa forma, os neurônios não apenas se integraram ao modelo como interagiram com os astrócitos”, explica Bruna Alice Gomes de Melo, primeira autora do trabalho, realizado durante seu pós-doutorado na EPM-Unifesp.

Os pesquisadores explicam que mais tipos de células neurais podem ser adicionados no futuro, aumentando a complexidade do modelo e tornando-o mais próximo do tecido neural.

Atualmente, os outros modelos em três dimensões são os organoides e os esferoides, agregados de células que se auto-organizam em culturas realizadas em laboratório. “Nosso modelo tem maior reprodutibilidade do que os organoides e os esferoides. Além disso, pode ser produzido numa escala maior”, informa Porcionatto.

Vírus adaptado

Os esferoides, estruturas formadas a partir de células-tronco neurais e também conhecidas como neuroesferas, foram fundamentais para o desenvolvimento do SARS-CoV-2 adaptado a camundongos. Para isso, eles foram incubados por sete dias junto com partículas do SARS-CoV-2 que infecta humanos.

As poucas partículas virais que sobreviveram e se replicaram foram então isoladas e colocadas numa nova cultura de neuroesferas. O processo foi repetido quatro vezes, quando se obteve uma quantidade de vírus suficiente para realizar os ensaios.

O sequenciamento genético do vírus resultante mostrou que ele perdeu mutações quando comparado ao usado na primeira etapa de incubação. O coronavírus adaptado revelou-se, ainda, mais próximo à cepa original de Wuhan, que deu início à pandemia.

Linhagens de células Vero, normalmente usadas como modelo para infecção de humanos, foram submetidas tanto ao vírus normal quanto ao adaptado, mostrando uma baixa capacidade desse último de infectar outras células que não as de camundongo.

Um resultado interessante obtido no modelo 3D bioimpresso foi que o vírus adaptado teve uma capacidade de replicação 30 vezes maior nos astrócitos do que nos neurônios, mostrando a relevância dessas células na infecção do sistema nervoso central pelo SARS-CoV-2.

“O patógeno poderia simplesmente estar presente na célula, mas não se replicar a ponto de ser um problema para o organismo. O resultado mostra que há partículas virais se reproduzindo e sendo colocadas para fora da célula, podendo infectar outras”, relata Melo.

Além disso, durante a infecção, os pesquisadores observaram um aumento da expressão de quimiocinas, moléculas que atraem células do sistema imune. Graças à presença delas, houve uma diminuição das chamadas citocinas inflamatórias.

“Isso significa que o nosso modelo reproduz o que aconteceria no organismo, sendo uma melhor opção às células em placas bidimensionais, organoides e esferoides. Além disso, a biotinta que desenvolvemos pode agregar outras células que parecem estar envolvidas na infecção do SARS-CoV-2 no cérebro, como micróglias e células endoteliais presentes na barreira hematoencefálica, que recobre o interior dos vasos sanguíneos do cérebro”, afirma Porcionatto.

Com o modelo, os pesquisadores esperam reduzir não apenas os custos em pesquisas do tipo, como o uso de animais em laboratório.

O trabalho teve ainda apoio da FAPESP por meio de outros três projetos (18/12605-8, 19/01255-9 e 21/03684-4).

O artigo 3D Bioprinted Neural-Like Tissue as a Platform to Study Neurotropism of Mouse-Adapted SARS-CoV-2 pode ser lido em: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adbi.202200002.