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Pesquisadores modelam barreira hematoencefálica usando o sistema ‘Tissue-in-a-CUBE’

Pesquisadores modelam barreira hematoencefálica usando "Tecido em um CUBO" sistema

A plataforma modular Tissue-in-a-CUBE para triagem de drogas, um novo modelo alternativo para testes em animais. Crédito: RIKEN

Uma equipe de pesquisa do Centro RIKEN de Pesquisa em Dinâmica de Biossistemas (BDR), no Japão, conseguiu estabelecer um modelo de barreira hematoencefálica usando tecido modularizado derivado de células humanas. O “Tecido-em-um-CUBO” é uma pequena estrutura cúbica que pode impulsionar o campo de descoberta de medicamentos e ser utilizada como alternativa aos modelos animais em estudos pré-clínicos.

O estudo é publicado em Biologia das Comunicações.

A barreira hematoencefálica é um guardião estrito ao redor do cérebro que impede que substâncias estranhas no sangue entrem no cérebro. Embora protetora, a barreira apresenta desafios quando os tratamentos precisam afetar o cérebro para funcionarem. Ao desenvolver medicamentos para o tratamento de doenças cerebrais, é crucial não só testar a eficácia do medicamento dentro do cérebro, mas também confirmar se o medicamento consegue passar através da barreira.

O desenvolvimento de novos medicamentos é demorado e caro. Nas fases iniciais, pré-clínicas, os métodos convencionais baseiam-se em testes em animais. No entanto, as diferenças entre animais e humanos por vezes tornam difícil prever a eficácia de um medicamento em humanos, bem como quaisquer efeitos secundários prejudiciais.

Juntamente com o aumento do número de regulamentações que regem os experimentos com animais, esses problemas incentivaram os pesquisadores a desenvolver métodos de pesquisa que não dependam de testes em animais, como o uso de organoides – estruturas que imitam órgãos humanos – bem como órgãos em um chip. , com o objetivo final de criar órgãos humanos artificiais para uso externo.

Com isto em mente, a equipe de pesquisa liderada por Masaya Hagiwara do RIKEN BDR desenvolveu um novo modelo de barreira hematoencefálica usando o sistema tipo CUBE que eles estabeleceram recentemente para modularizar diferentes tecidos humanos.

Reconstruir múltiplos tecidos simultaneamente e analisar suas interações é extremamente desafiador porque os medicamentos precisam atravessar diferentes tipos de tecidos antes de chegar à área alvo, mas também é de importância crucial. No caso da barreira hematoencefálica, os medicamentos devem passar pelas células endoteliais vasculares, astrócitos e pericitos antes de poderem entrar no cérebro.

Para construir o modelo de barreira hematoencefálica, os pesquisadores criaram estruturas CUBE de 5 mm, preencheram-nas com hidrogel incorporado com astrócitos e pericitos derivados do cérebro humano e semearam células endoteliais vasculares diferenciadas de células-tronco pluripotentes induzidas por humanos (iPS) no superfície para formar folhas celulares. Eles então testaram o dispositivo. De acordo com Hagiwara,

“Ficamos felizes em descobrir que ela imitava com precisão a barreira hematoencefálica real em termos de estrutura e função: com astrócitos e pericitos estendendo-se tridimensionalmente abaixo da camada de células endoteliais, e que, como a barreira real, só permitia substâncias para passar.”

Uma característica importante da estrutura CUBE é que ela pode ser facilmente manipulada com uma pinça, permitindo o manuseio conveniente do modelo de barreira hematoencefálica, com a cultura celular sendo realizada em uma placa normal de cultura celular. Após a maturação, o tecido foi integrado a outros tecidos preparados em um chip fluídico para analisar as interações entre tecidos, enquadrando-se assim na plataforma modular Tissue-in-a-CUBE previamente estabelecida.

O grupo conduziu experimentos de triagem de drogas para demonstrar a utilidade do sistema para o desenvolvimento de medicamentos. Células tumorais cerebrais foram cultivadas no recipiente CUBE para preparar um módulo de tumor cerebral. A barreira hematoencefálica e os módulos do tumor cerebral foram então transferidos para um chip fluídico e conectados. Essa configuração permitiu aos pesquisadores verificar quanto de uma droga anticâncer poderia passar pela barreira, atingir o tumor cerebral e exercer seu efeito.

“Esta abordagem inovadora oferece uma alternativa promissora aos testes em animais para testes essenciais de desenvolvimento de medicamentos, envolvendo a compreensão do comportamento, eficácia e segurança dos medicamentos”, diz Hagiwara. “Nossa plataforma modularizada poderia ser adaptada para várias doenças, incluindo doenças neurodegenerativas relacionadas à idade, como as doenças de Alzheimer e Parkinson. No futuro, planejamos modularizar e replicar conexões entre diferentes organoides.”

Mais Informações:
Masaya Hagiwara et al, plataforma Modular Tissue-in-a-CUBE para modelar a barreira hematoencefálica (BBB) ​​e a interação cerebral, Biologia das Comunicações (2024). DOI: 10.1038/s42003-024-05857-8

Citação: Pesquisadores modelam barreira hematoencefálica usando o sistema ‘Tissue-in-a-CUBE’ (2024, 28 de fevereiro) recuperado em 28 de fevereiro de 2024 em https://medicalxpress.com/news/2024-02-blood-brain-barrier-tissue -cubo.html

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