Na luta contra doenças como ALS, pesquisadores de engenharia biomédica do USC Viterbi criaram um modelo de laboratório poderoso para ver melhor como nossos maºsculos e neura´nios se conectam.

As doenças neuromusculares são debilitantes e principalmente incura¡veis, afetando 160 em cada 100.000 pessoas em todo o mundo. Distaºrbios como ELA e esclerose maºltipla afetam a função dos maºsculos, causando desgaste muscular e perda da função motora. Um grande obsta¡culo na luta contra essas doenças éo fato de que énotoriamente difa­cil cultivar tecido em um laboratório que mostra a conexão entre nossos maºsculos e os neura´nios que os controlam. Atéagora.

Ph.D. em engenharia biomédica alunos da Escola de Engenharia USC Viterbi criaram um novo modelo de tecido desenvolvido em laboratório, amplamente aprimorado, que oferece uma visão mais esta¡vel da junção neuromuscular - uma parte importante do nosso sistema que traduz os impulsos elanãtricos gerados pelos neura´nios em nossa coluna em atividade elanãtrica e movimento em nossas fibras musculares.

A pesquisa foi publicada na APL Bioengineering e foi liderada por Jeffrey Santoso, um Ph.D. estudante no Laborata³rio de Engenharia de Sistemas Vivos, liderado pela Professora Associada Megan McCain, a Cadeira de Ina­cio de Carreira da Chonette.

Santoso disse que a junção neuromuscular éuma conexão altamente estruturada, com dobras em forma de pretzel que aumentam a área de comunicação entre um neura´nio e um maºsculo.

"A junção neuromuscular éo espaço onde o neura´nio vai liberar moléculas sinalizadoras chamadas neurotransmissores, que então se ligam a receptores localizados nasuperfÍcie das fibras musculares", disse Santoso. "E quando essas moléculas se ligam a esses receptores, isso faz com que a canãlula muscular seja despolarizada - então háuma mudança de voltagem - e éisso que faz com que seus maºsculos se contraiam."

Nas doenças neuromusculares - bem como no processo natural de envelhecimento - geralmente háestresse, ou uma interrupção na conexa£o, dentro da junção neuromuscular. Ter modelos precisos de tecido cultivado em laboratório écrucial para compreender a degeneração relacionada a  idade ou a progressão da doença neuromuscular, bem como os tratamentos mais eficazes. No entanto, os pesquisadores tem lutado para replicar essa conexão complexa, ou ponto de inervação, em modelos de laboratório quando tentam fazer crescer fibras musculares e neura´nios juntos.

"Tradicionalmente, quando maºsculos e neura´nios crescem juntos em um prato, a estrutura esperada no ponto de inervação estãoausente", disse Santoso, "levando a um tecido funcionalmente inepto que não representa a fisiologia adequada, tornando difa­cil tirar conclusaµes sobre doenças e drogas potenciais. "

Como resultado, os modelos de tecido anteriores tendem a morrer após duas semanas. Para criar um modelo de laboratório mais útil, Santoso e seus co-autores desenvolveram uma plataforma de gel a  base de gelatina que permite que um maºsculo esquelanãtico cresa§a no laboratório em sua arquitetura alinhada adequada, mantendo sua estrutura por pelo menos um maªs e gerando contrações semelhante a  força do tecido humano nativo.

"Quando vocêtenta cultivar o tecido em laboratório, geralmente envolve o crescimento de células musculares em uma camada e a colocação das células neuronais no topo", disse Santoso. "A junção que se forma não cria uma estrutura dessas dobras parecidas com pretzel e, portanto, isso causa uma variedade de problemas, porque pode não responder a certas drogas como vocêesperaria."

Quando Santoso e sua equipe combinaram seu maºsculo esquelanãtico desenvolvido em laboratório com neura´nios motores derivados de células-tronco em sua plataforma de gelatina, eles descobriram que o maºsculo formou junções neuromusculares mais estruturadas com sucesso.

Santoso disse que os modelos de tecido anteriores costumavam usar pratos ra­gidos de pla¡stico ou vidro que não ofereciam o tipo certo de ambiente de protea­na para o tecido e muitas vezes faziam com que as células musculares se desprendessem quando contraa­das, resultando na morte das células.

“O hidrogel de gelatina que estamos usando, como um biomaterial natural, énaturalmente adesivo a s células do maºsculo esquelanãtico , e esse éum dos motivos pelos quais pudemos ver nosso modelo de tecido amadurecendo muito mais do que muitos outros modelos anteriores”, disse Santoso disse. "O maºsculo esquelanãtico pode sobreviver nasuperfÍcie por um período mais longo de tempo, e ter esse tempo maior na cultura significa que, quando introduzimos os neura´nios motores na cultura, ele pode se integrar totalmente para criar essa junção neuromuscular."

Santoso disse que estudar as doenças neuromusculares foi especialmente desafiador, porque o sistema neuromuscular humano émuito complexo. Os neura´nios motores residem em nossa medula espinhal e devem passar por um elaborado caminho de conexões para alcana§ar todos os maºsculos de nosso corpo.

“Existem tantos lugares neste caminho onde as coisas podem dar errado”, disse Santoso. "Por causa disso, vocêprecisa que o modelo de laboratório seja bem pra³ximo em função e estrutura, em comparação com o que vocêvaª nos seres vivos."

A equipe de pesquisa agora estãoprocurando expandir seus colaboradores de pesquisa para que possam aplicar sua plataforma de modelo de tecido a células derivadas de pacientes humanos.

"No momento, as doenças neuromusculares são tem realmente tratamentos paliativos, onde são podem retardar a gravidade de alguns dos sintomas. Nãohárealmente uma boa maneira de reverter ou prevenir os danos." Disse Santoso. "Fazer esses tipos de modelos e tentar analisar os mecanismos da doença pode nos dar uma ideia melhor de como podemos desenvolver terapaªuticas para aliviar melhor os sintomas ou, idealmente, removaª-los."