Como o Cérebro Nasce: Implante Flexível Acompanha O Crescimento Do Cérebro Em Tempo Real Sem Interferir

Cientistas desenvolveram um implante super fino e flexível que pode ser colocado no cérebro em formação de girinos sem causar danos. Esse dispositivo acompanha o crescimento do cérebro, se moldando ao crescimento natural, e registra a atividade dos neurônios em tempo real, ajudando os pesquisadores a entender melhor como o cérebro se forma e como surgem alguns transtornos neurológicos desde os estágios iniciais da vida.

O desenvolvimento do cérebro humano (e de outros animais) é um processo extremamente complexo e delicado, especialmente nos primeiros estágios da vida. Entender como o cérebro se forma e como os neurônios começam a se comunicar pode ajudar os cientistas a descobrir as causas de transtornos como o autismo, a esquizofrenia e o transtorno bipolar, que muitas vezes têm origem precoce, ainda na fase embrionária. 

No entanto, estudar esse desenvolvimento em tempo real sempre foi um desafio enorme, principalmente porque os métodos tradicionais de investigação são invasivos e podem interferir no próprio crescimento do cérebro. 

Recentemente, cientistas da Universidade de Harvard deram um grande passo para superar esse obstáculo. Eles criaram um dispositivo bioeletrônico extremamente fino, macio e flexível, parecido com um tecido ou até com tofu, que pode ser implantado em embriões vivos, como os de girinos (anfíbios em estágio inicial de vida). 

Usaram girinos (filhotes de rãs) nesse estudo por várias razões importantes, especialmente úteis para pesquisas em neurociência e desenvolvimento embrionário. 

1- Cérebro em desenvolvimento visível: Os girinos têm corpos parcialmente transparentes quando estão em estágios iniciais, o que facilita observar diretamente o desenvolvimento do sistema nervoso e implantar dispositivos com precisão.

2- Crescimento rápido: O cérebro dos girinos se desenvolve rapidamente, permitindo que os cientistas acompanhem muitas fases do crescimento cerebral em um período de tempo mais curto do que em outros animais.

3- Simplicidade do sistema nervoso: Comparado a mamíferos, o sistema nervoso dos girinos é menos complexo, o que facilita estudar como as primeiras atividades neurais surgem e se organizam.

4- Tamanho pequeno e fácil de manipular: São pequenos, fáceis de manter em laboratório e reagem bem a manipulações experimentais, como implantes.

5- Menor impacto ético: Usar embriões de girinos geralmente envolve menos restrições éticas do que testes em animais mais desenvolvidos, como ratos ou primatas, especialmente em estágios iniciais da vida.

Essas características fazem dos girinos um modelo ideal para testar novas tecnologias, como esse implante que acompanha o crescimento do cérebro desde os estágios iniciais, ajudando os cientistas a entender melhor como o cérebro humano também pode se desenvolver e onde podem surgir distúrbios como o autismo ou a esquizofrenia.

Esse implante é como uma rede super fina e macia feita de fios minúsculos, chamados microeletrodos. Esses fios funcionam como sensores muito pequenos, que conseguem "ouvir" e registrar os sinais elétricos que os neurônios (as células do cérebro) usam para se comunicar. 

Imagine um tipo de tecido eletrônico que pode ser colocado dentro do corpo, sem machucar ou atrapalhar nada. Ele foi feito especialmente para ser tão flexível quanto o próprio cérebro, que nos primeiros estágios da vida é muito mole, quase como uma gelatina.

Esquema demostrando como o eletrodo se adapta durante o desenvolvimento do cérebro do embrião de girino. Crédito: Liu Lab / Harvard SEAS 

Durante o desenvolvimento, o cérebro começa como uma camada plana e, com o tempo, vai se dobrando e crescendo em três dimensões, formando as diferentes partes do sistema nervoso, como o cérebro e a medula espinhal. 

O grande diferencial desse implante é que ele consegue acompanhar todas essas mudanças de forma, ele se dobra, se estica e cresce junto com o tecido cerebral. Ou seja, ele não precisa ser retirado ou reposicionado, porque se adapta sozinho às transformações do cérebro em crescimento.

Além disso, como ele é feito de um material extremamente delicado e compatível com o corpo, ele não causa inflamações, danos nem interfere no funcionamento normal do cérebro em formação. 

Isso é muito importante porque permite que os cientistas estudem como o cérebro está se  desenvolvendo sem prejudicar esse processo natural. É como se fosse uma "janela invisível" que mostra tudo o que está acontecendo dentro da cabeça de um embrião, sem que ele perceba ou sofra qualquer efeito negativo.

Esse dispositivo inovador é feito de um material chamado perfluoropoliéter-dimetacrilato, um tipo de polímero (plástico especial) que é ao mesmo tempo resistente e suave o suficiente para se dobrar e se esticar com o tecido cerebral. 

Isso permite que os cientistas acompanhem em tempo real, com precisão de milissegundos, a atividade elétrica de neurônios individuais durante todas as fases do desenvolvimento do cérebro. Pela primeira vez, foi possível observar como os sinais nervosos surgem e se organizam em um cérebro que ainda está se formando, sem precisar interromper ou danificar esse processo.

Esquema mostrando o eletrodo registrando a atividade elétrica de diferentes neuronios desde quando eles nascem

Além de registrar a atividade cerebral, o implante também pode estimular os neurônios por meio de pequenas correntes elétricas. Isso abre portas para estudos sobre como o cérebro se regenera e responde a estímulos durante o crescimento, e pode até ajudar a entender como tratar ou prevenir distúrbios neurológicos no futuro. 

A ideia é que, no longo prazo, essa tecnologia permita acompanhar e talvez até intervir positivamente no desenvolvimento cerebral humano ainda em estágios muito iniciais.

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Brain implantation of soft bioelectronics via embryonic development

Hao Sheng, Ren Liu, Qiang Li, Zuwan Lin, Yichun He, Thomas S. Blum, Hao Zhao, Xin Tang, Wenbo Wang, Lishuai Jin, Zheliang Wang, Emma Hsiao, Paul Le Floch, Hao Shen, Ariel J. Lee, Rachael Alice Jonas-Closs, James Briggs, Siyi Liu, Daniel Solomon, Xiao Wang, Jessica L. Whited, Nanshu Lu, and Jia Liu 

Nature. 11 June 2025

https://doi.org/10.1038/s41586-025-09106-8

Abstract:

Developing bioelectronics capable of stably tracking brain-wide, single-cell, millisecond-resolved neural activity in the developing brain is critical for advancing neuroscience and understanding neurodevelopmental disorders. During development, the three-dimensional structure of the vertebrate brain arises from a two-dimensional neural plate1,2. These large morphological changes have previously posed a challenge for implantable bioelectronics to reliably track neural activity throughout brain development3,4,5,6,7,8,9. Here we introduce a tissue-level-soft, submicrometre-thick mesh microelectrode array that integrates into the embryonic neural plate by leveraging the tissue’s natural two-dimensional-to-three-dimensional reconfiguration. As organogenesis progresses, the mesh deforms, stretches and distributes throughout the brain, seamlessly integrating with neural tissue. Immunostaining, gene expression analysis and behavioural testing confirm no adverse effects on brain development or function. This embedded electrode array enables long-term, stable mapping of how single-neuron activity and population dynamics emerge and evolve during brain development. In axolotl models, it not only records neural electrical activity during regeneration but also modulates the process through electrical stimulation.