Embora os neura´nios e as células gliais sejam de longe as células mais numerosas no cérebro, muitos outros tipos de células desempenham papanãis importantes. Entre elas estãoas células cerebrovasculares, que formam os vasos sangua­neos que fornecem oxigaªnio e outros nutrientes ao cérebro.

Essas células, que compreendem apenas 0,3% das células do cérebro, também compõem a barreira hematoencefa¡lica, uma interface cra­tica que impede a entrada de patógenos e toxinas no cérebro, enquanto permite a passagem de nutrientes e sinais cra­ticos. Pesquisadores do MIT realizaram agora uma extensa análise dessas células difa­ceis de encontrar no tecido cerebral humano, criando um atlas abrangente de tipos de células cerebrovasculares e suas funções.

O estudo também revelou diferenças entre células cerebrovasculares de pessoas sauda¡veis ​​e pessoas que sofrem da doença de Huntington, o que poderia oferecer novos alvos para possa­veis formas de tratar a doença de Huntington. A ruptura da barreira hematoencefa¡lica estãoassociada a  doença de Huntington e a muitas outras doenças neurodegenerativas, e geralmente ocorre anos antes de quaisquer outros sintomas aparecerem.

“Achamos que essa pode ser uma rota muito promissora porque a cerebrovasculatura émuito mais acessa­vel para a terapaªutica do que as células que ficam dentro da barreira hematoencefa¡lica do cérebro”, diz Myriam Heiman, professora associada do Departamento de Canãrebro e Ciências Cognitivas do MIT. e membro do Picower Institute for Learning and Memory.

Heiman e Manolis Kellis, professor de ciência da computação no Laborata³rio de Ciência da Computação e Inteligaªncia Artificial do MIT (CSAIL) e membro do Broad Institute do MIT e Harvard, são os principais autores do estudo, que aparece hoje na Nature . Os alunos de pós-graduação do MIT Francisco Garcia, do Departamento de Canãrebro e Ciências Cognitivas, e Na Sun, do Departamento de Engenharia Elanãtrica e Ciência da Computação, são os principais autores do artigo.

As células cerebrovasculares compõem a rede de vasos sangua­neos que fornecem oxigaªnio e nutrientes ao cérebro, e também ajudam a limpar detritos e metaba³litos. Acredita-se que a disfunção desse sistema de irrigação contribua para o acaºmulo de efeitos nocivos observados na doença de Huntington, Alzheimer e outras doenças neurodegenerativas.

Muitos tipos de células são encontrados na cerebrovasculatura, mas como constituem uma fração tão pequena das células do cérebro, tem sido difa­cil obter células suficientes para realizar análises em larga escala com sequenciamento de RNA de canãlula única. Esse tipo de estudo, que permite decifrar os padraµes de expressão gaªnica de células individuais, oferece muitas informações sobre as funções de tipos celulares específicos, com base em quais genes são ativados nessas células.

Para este estudo, a equipe do MIT conseguiu obter mais de 100 amostras de tecido cerebral post-mortem humano e 17 amostras de tecido cerebral sauda¡vel removidas durante a cirurgia realizada para tratar convulsaµes epilanãpticas. Esse tecido de cirurgia cerebral veio de pacientes mais jovens do que as amostras post-mortem, permitindo que os pesquisadores também reconhecessem diferenças associadas a  idade na vasculatura. Os pesquisadores enriqueceram as amostras de cirurgia cerebral para células cerebrovasculares usando centrifugação e executaram células de amostra post-mortem por meio de um pipeline de “classificação” computacional que identificou células cerebrovasculares com base em certos marcadores que elas expressam.

Os pesquisadores realizaram sequenciamento de RNA de canãlula única em mais de 16.000 células cerebrovasculares e usaram os padraµes de expressão gaªnica das células para classifica¡-las em 11 subtipos diferentes. Esses tipos inclua­am células endoteliais, que revestem os vasos sangua­neos; células murais, que incluem pericitos, encontrados nas paredes dos capilares, e células musculares lisas, que ajudam a regular a pressão e o fluxo sangua­neos; e fibroblastos, um tipo de canãlula estrutural.

“Este estudo nos permitiu ampliar esse tipo de canãlula incrivelmente central que facilita todo o funcionamento do cérebro”, diz Kellis. “O que fizemos aqui éentender esses blocos de construção e essa diversidade de tipos de células que compõem a vasculatura em resolução sem precedentes, em centenas de indiva­duos”.

Os pesquisadores também encontraram evidaªncias de um fena´meno conhecido como zonação. Isso significa que as células endoteliais que revestem os vasos sangua­neos expressam genes diferentes dependendo de onde estãolocalizadas osem uma artera­ola, capilar ou vaªnula. Além disso, entre as centenas de genes identificados que são expressos de forma diferente nas três zonas, apenas cerca de 10 por cento deles são os mesmos que os genes zonados que foram vistos anteriormente na cerebrovasculatura de camundongos.

“Vimos muita especificidade humana”, diz Heiman. “O que nosso estudo fornece éuma lista de marcadores e insights sobre a função dos genes nessas três regiaµes diferentes. Essas são coisas que acreditamos serem importantes de ver do ponto de vista da cerebrovasculatura humana, porque a conservação entre as espanãcies não éperfeita”.

Os pesquisadores também usaram seu novo atlas de vasculatura para analisar um conjunto de amostras de tecido cerebral post-mortem de pacientes com doena§as, demonstrando sua ampla utilidade. Eles se concentraram na doença de Huntington, onde as anormalidades da vasculatura cerebral incluem vazamento da barreira hematoencefa¡lica e uma maior densidade de vasos sangua­neos. Esses sintomas geralmente aparecem antes de qualquer um dos outros sintomas associados a  doença de Huntington e podem ser vistos usando ressonância magnanãtica funcional (fMRI).

Neste estudo, os pesquisadores descobriram que as células dos pacientes de Huntington mostraram muitasmudanças na expressão do gene em comparação com as células sauda¡veis, incluindo uma diminuição na expressão do gene para MFSD2A, um transportador chave que restringe a passagem de lipa­dios atravanãs da barreira hematoencefa¡lica . Eles acreditam que a perda desse transportador, juntamente com outras alterações observadas, poderia contribuir para o aumento da permeabilidade da barreira.

Eles também encontraram regulação positiva de genes envolvidos na via de sinalização Wnt, que promove o crescimento de novos vasos sangua­neos e que as células endoteliais dos vasos sangua­neos mostraram ativação imune inesperadamente forte, o que pode contribuir ainda mais para a desregulação da barreira hematoencefa¡lica.

Como as células cerebrovasculares podem ser acessadas pela corrente sanguínea, elas podem se tornar um alvo atraente para possa­veis tratamentos para a doença de Huntington e outras doenças neurodegenerativas, diz Heiman. Os pesquisadores agora planejam testar se eles podem ser capazes de fornecer drogas potenciais ou terapia genanãtica para essas células, e estudar o efeito terapaªutico que elas podem ter, em modelos de camundongos da doença de Huntington.

“Dado que a disfunção cerebrovascular surge anos antes dos sintomas mais específicos da doena§a, talvez seja um fator facilitador para a progressão da doena§a”, diz Heiman. “Se isso for verdade, e pudermos evitar isso, pode ser uma importante oportunidade terapaªutica.”

Os pesquisadores também planejam analisar mais dados de sequenciamento de RNA de suas amostras de tecido, além das células cerebrovasculares que examinaram neste artigo.

“Nosso objetivo éconstruir um mapa sistema¡tico de uma única canãlula para navegar na função cerebral na saúde, na doença e no envelhecimento em milhares de amostras de cérebro humano”, diz Kellis. “Este estudo éum dos primeiros pedaço s pequenos deste atlas, analisando 0,3% das células. Estamos analisando ativamente os outros 99% em várias colaborações empolgantes, e muitos insights continuam pela frente.”

A pesquisa foi financiada pelo Intellectual and Developmental Disability Research Center e Rosamund Stone Zander Translational Neuroscience Center no Boston Children's Hospital, um Picower Institute Innovation Fund Award, um Walter B. Brewer MIT Fund Award, os National Institutes of Health e o Cure Alzheimer's Fundo.