Um atlas 3D do desenvolvimento de cérebros de camundongos usando técnicas avançadas de imagem e microscopia foi criado por uma equipe de pesquisadores da Penn State College of Medicine e colaboradores de cinco institutos diferentes. Este novo atlas fornece uma imagem mais dinâmica de 360 graus de todo o cérebro dos mamíferos à medida que se desenvolve durante os estágios embrionário e pós-natal imediato e serve como uma referência comum e uma estrutura anatômica que ajudará os pesquisadores a compreender o desenvolvimento do cérebro e a estudar distúrbios do neurodesenvolvimento.
Eles publicaram seu trabalho hoje (21 de outubro) em Comunicações da Natureza.
“Os mapas são uma infraestrutura fundamental para a construção de conhecimento, mas não temos um atlas 3D de alta resolução do cérebro em desenvolvimento”, disse Yongsoo Kim, professor associado de ciências neurais e comportamentais na Penn State College of Medicine e autor sênior do estudo. papel. “Estamos gerando mapas de alta resolução que podemos usar para entender como o cérebro cresce em circunstâncias normais e o que acontece quando surge um distúrbio cerebral”.
Atlas geográficos são uma coleção de mapas que fornecem uma visão abrangente da geografia da Terra, incluindo fronteiras entre regiões e países, características como montanhas e rios e vias de comunicação como estradas e rodovias. É importante ressaltar que eles fornecem um entendimento comum que permite aos usuários identificar locais específicos e compreender a relação espacial entre regiões.
Da mesma forma, os atlas cerebrais são fundamentais para a compreensão da arquitetura do cérebro. Eles ajudam os pesquisadores a visualizar como o cérebro está organizado espacialmente e a compreender a estrutura e função do cérebro e como diferentes regiões e neurônios estão conectados. Anteriormente, os cientistas estavam limitados a instantâneos 2D baseados em histologia, o que torna difícil interpretar regiões anatômicas em três dimensões e quaisquer alterações que possam ocorrer, disse Kim.
Nos últimos anos, houve um tremendo progresso nas técnicas de imagem cerebral total que permitem aos pesquisadores observar todo o cérebro em alta resolução e produzir conjuntos de dados 3D em grande escala. Para analisar esses dados, explicou Kim, os cientistas desenvolveram atlas de referência 3D do cérebro de camundongos adultos, que é um modelo para o cérebro dos mamíferos. Os atlas fornecem uma estrutura anatômica universal que permite aos pesquisadores sobrepor diversos conjuntos de dados e realizar análises comparativas. No entanto, não há equivalente para o cérebro em desenvolvimento do rato, que sofre rápidas mudanças de forma e volume durante os estágios embrionário e pós-natal.
“Sem este mapa 3D do cérebro em desenvolvimento, não podemos integrar dados de estudos 3D emergentes numa estrutura espacial padrão ou analisar os dados de uma forma consistente”, disse Kim. Ou seja, a falta de um mapa 3D dificulta o avanço das pesquisas em neurociências.
A equipe de pesquisa criou uma estrutura de coordenadas comuns 3D multimodal do cérebro do rato em sete pontos de tempo de desenvolvimento – quatro pontos de tempo durante o período embrionário e três períodos durante a fase pós-natal imediata. Usando ressonância magnética, eles capturaram imagens da forma e estrutura geral do cérebro. Eles então empregaram microscopia de fluorescência light sheet, uma técnica de imagem que permite a visualização de todo o cérebro em uma resolução de célula única. Essas imagens de alta resolução foram então combinadas com o formato dos modelos de ressonância magnética do cérebro para criar o mapa 3D. A equipe reuniu amostras de ratos machos e fêmeas.
Para demonstrar como o atlas pode ser usado para analisar diferentes conjuntos de dados e rastrear como os tipos de células individuais emergem no cérebro em desenvolvimento, a equipe se concentrou nos neurônios GABAérgicos, que são células nervosas que desempenham um papel fundamental na comunicação no cérebro. Este tipo de célula tem sido implicado na esquizofrenia, autismo e outros distúrbios neurológicos.
Embora os cientistas tenham estudado os neurônios GABAérgicos na região mais externa do cérebro chamada córtex, não se sabe muito sobre como essas células surgem em todo o cérebro durante o desenvolvimento, segundo os pesquisadores. Compreender como estes aglomerados de células se desenvolvem em condições normais pode ser fundamental para avaliar o que acontece quando algo dá errado.
Para facilitar a colaboração e o avanço na pesquisa em neurociências, a equipe criou uma versão interativa baseada na web que está disponível publicamente e é gratuita. O objetivo é reduzir significativamente as barreiras técnicas para investigadores de todo o mundo acederem a este recurso.
“Isso fornece um roteiro que pode integrar muitos dados diferentes – genômicos, neuroimagem, microscopia e muito mais – na mesma infraestrutura de dados. Isso impulsionará a próxima evolução da pesquisa sobre o cérebro, impulsionada pelo aprendizado de máquina e pela inteligência artificial”, disse Kim. .
