Assista: o cérebro pode ter duas origens embrionárias?

Duas rotas embrionárias podem formar diferentes partes do cérebro

Embora funcione como um único órgão integrado, o cérebro pode começar sua formação a partir de duas populações embrionárias distintas.

Um estudo liderado por pesquisadores da Stanford University identificou dois grupos de células precursoras que surgem em paralelo muito cedo no desenvolvimento embrionário.

Ao acompanhar o desenvolvimento de embriões de camundongos, os cientistas observaram uma população do chamado ectoderma neural anterior, associada à expressão de Otx2, que contribuiu para a formação do cérebro anterior e do cérebro médio.

Outra população, chamada ectoderma neural posterior e associada à expressão de Gbx2, estava comprometida com a formação do cérebro posterior.

Essas duas linhagens surgiam durante a gastrulação e permaneciam separadas ao longo do desenvolvimento.

A diferença não estava apenas nos genes expressos. A organização da cromatina — a maneira como o DNA fica acessível dentro da célula — também era diferente entre as duas populações, indicando que seus destinos já estavam sendo definidos muito precocemente.

Os pesquisadores reproduziram essas trajetórias utilizando células-tronco pluripotentes humanas.

Quando produziam primeiro o ectoderma neural posterior, conseguiam posteriormente gerar neurônios motores específicos dos rombômeros 5 e 6 do cérebro posterior, células que historicamente têm sido difíceis de produzir de maneira controlada em laboratório.

Esses neurônios apresentaram características moleculares esperadas e propriedades funcionais, incluindo atividade elétrica.

A possibilidade de produzir esse tipo específico de neurônio pode facilitar pesquisas sobre doenças como a esclerose lateral amiotrófica e a atrofia muscular espinhal, que podem comprometer neurônios envolvidos em funções como fala, deglutição e respiração.

Os pesquisadores também encontraram padrões semelhantes de organização anterior e posterior em diferentes espécies. Isso levou à hipótese de que essa divisão entre duas linhagens neurais possa ter surgido há mais de 500 milhões de anos.

Entretanto, essa interpretação evolutiva permanece uma hipótese.

O estudo não demonstra que existam dois cérebros separados. O cérebro adulto continua sendo um órgão único e altamente integrado. A descoberta modifica principalmente nossa compreensão sobre como diferentes regiões podem adquirir suas identidades durante os primeiros momentos do desenvolvimento embrionário.

Como acreditávamos que o cérebro começava a se formar?

Durante o desenvolvimento embrionário, o sistema nervoso surge a partir do ectoderma, uma das camadas celulares formadas nos estágios iniciais do embrião.

Uma visão tradicional do desenvolvimento cerebral pressupõe que células precursoras neurais inicialmente semelhantes adquiram progressivamente identidades regionais diferentes em resposta a sinais moleculares.

Nesse modelo, um precursor neural relativamente comum poderia ser progressivamente direcionado para formar cérebro anterior, cérebro médio ou cérebro posterior.

O novo estudo propõe uma modificação importante desse modelo.

Os resultados indicam que, já durante a gastrulação, podem existir pelo menos duas populações de ectoderma neural com destinos diferentes:

Em vez de uma única população inicialmente indiferenciada que posteriormente se divide, os dados sustentam a existência precoce de duas rotas de desenvolvimento já parcialmente comprometidas com regiões diferentes do sistema nervoso.

O que OTX2 e GBX2 revelaram sobre essas linhagens?

Os genes OTX2 e GBX2 são conhecidos há décadas por sua participação na organização do eixo anterior–posterior do sistema nervoso em desenvolvimento.

OTX2 está associado à identidade das regiões mais anteriores do cérebro, enquanto GBX2 participa da identidade do cérebro posterior.

No novo estudo, os pesquisadores utilizaram esses e outros marcadores para acompanhar o destino das células durante os estágios iniciais do desenvolvimento.

Em embriões de camundongos, células do ectoderma neural posterior marcadas por Gbx2 originaram descendentes localizados no cérebro posterior.

Em outro experimento, os pesquisadores marcaram individualmente células neurais utilizando um sistema de rastreamento multicolorido.

Foram analisados centenas de agrupamentos celulares derivados dessas células precursoras. Os clones permaneciam restritos a um dos lados da futura fronteira entre cérebro médio e posterior, apoiando a existência de linhagens distintas.

A fronteira entre OTX2 e GBX2 é especialmente importante porque corresponde à região que posteriormente organiza a transição entre mesencéfalo e rombencéfalo.

O DNA dessas células já estava organizado de maneira diferente

Os pesquisadores também avaliaram a acessibilidade da cromatina, utilizando técnicas capazes de identificar quais regiões do DNA estão mais abertas ou fechadas para a maquinaria celular.

Mesmo em fases muito precoces, o ectoderma neural anterior e o posterior apresentavam paisagens de cromatina diferentes.

Essas diferenças antecipavam programas de desenvolvimento associados ao cérebro anterior ou ao cérebro posterior.

Isso é importante porque a identidade de uma célula não depende apenas dos genes que estão ativos naquele momento. A organização epigenética do genoma também influencia quais programas celulares poderão ser ativados posteriormente.

O que aconteceu quando os pesquisadores usaram células-tronco humanas?

Uma das partes mais relevantes do estudo foi testar se a mesma lógica poderia ser reproduzida em células humanas.

Os pesquisadores utilizaram células-tronco pluripotentes humanas e desenvolveram condições específicas para gerar ectoderma neural anterior ou posterior.

Depois, expuseram essas populações a sinais capazes de induzir diferentes regiões do cérebro.

O resultado mostrou uma restrição importante de linhagem.

As células do ectoderma neural anterior apresentavam competência para gerar tecidos do cérebro anterior e médio, mas não eram facilmente redirecionadas para destinos típicos do cérebro posterior.

O inverso acontecia com as células do ectoderma neural posterior.

Isso sugere que a identidade regional não depende apenas dos sinais recebidos posteriormente: parte dessa identidade já está estabelecida muito antes.

A descoberta permitiu produzir neurônios do cérebro posterior em laboratório

Essa diferença de origem pode ajudar a explicar por que determinados tipos de neurônios do cérebro posterior são particularmente difíceis de gerar a partir de células-tronco.

Muitos protocolos de diferenciação neural utilizados em laboratório passam inicialmente por estados celulares com características anteriores.

Se uma população já estiver comprometida com uma identidade anterior, tentar transformá-la posteriormente em determinadas células do cérebro posterior pode ser biologicamente ineficiente.

Utilizando diretamente a trajetória do ectoderma neural posterior, a equipe conseguiu produzir neurônios motores humanos específicos dos rombômeros 5 e 6.

Os rombômeros são segmentos embrionários do cérebro posterior que ajudam a organizar populações específicas de neurônios e nervos cranianos.

Os neurônios produzidos apresentaram marcadores moleculares compatíveis com sua identidade e propriedades funcionais de células nervosas.

Testes eletrofisiológicos demonstraram correntes dependentes de voltagem e geração de potenciais de ação. Outras células derivadas do cérebro posterior apresentaram também atividade espontânea de cálcio.

Portanto, o estudo não demonstrou apenas uma diferença molecular entre progenitores. Ele mostrou que compreender essa diferença permite melhorar a produção de tipos neuronais específicos em laboratório.

Por que isso pode ser importante para ELA e atrofia muscular espinhal?

Neurônios motores localizados no cérebro posterior participam do controle de músculos da face, língua e garganta e de funções essenciais como fala, deglutição e respiração.

Algumas dessas populações podem ser comprometidas em doenças dos neurônios motores, incluindo a esclerose lateral amiotrófica (ELA) e a atrofia muscular espinhal (AME).

Estudar essas células diretamente em seres humanos é extremamente difícil, porque não é possível obter de forma rotineira tecido funcional do tronco encefálico de pessoas vivas.

A possibilidade de gerar populações neuronais regionais específicas a partir de células-tronco permite criar modelos experimentais em laboratório.

Esses modelos podem ser utilizados para investigar:

• como determinados neurônios se desenvolvem;
• por que algumas populações são mais vulneráveis a determinadas doenças;
• como alterações genéticas modificam sua função;
• como células doentes respondem a diferentes intervenções experimentais.

Entretanto, o estudo não testou tratamentos para ELA ou AME e não demonstrou uma terapia regenerativa para essas doenças.

Essa divisão pode ter mais de 500 milhões de anos?

Os pesquisadores também investigaram uma questão evolutiva.

Padrões relacionados à organização anterior e posterior do ectoderma foram comparados em diferentes animais, incluindo vertebrados e hemicordados.

A presença de padrões semelhantes em grupos evolutivamente distantes levou os autores a propor que a separação entre duas linhagens neurais possa anteceder a própria origem dos vertebrados.

Segundo essa hipótese, a bifurcação poderia ter sido conservada ao longo de aproximadamente 550 milhões de anos de evolução.

Essa parte do trabalho deve, porém, ser interpretada com mais cautela.

Os dados de desenvolvimento sustentam fortemente a existência de duas populações progenitoras em paralelo no modelo estudado. Já a ideia de que elas representam dois sistemas nervosos ancestrais que posteriormente passaram a compor um mesmo cérebro é uma interpretação evolutiva proposta pelos autores.

O que o estudo realmente demonstrou — e o que ainda não sabemos?

A evidência mais direta de duas linhagens neurais distintas vem de experimentos de rastreamento celular realizados em embriões de camundongos.

Em humanos, os pesquisadores utilizaram células-tronco pluripotentes cultivadas em laboratório. Esses experimentos demonstraram que populações com características de ectoderma neural anterior ou posterior podem ser produzidas e apresentam destinos diferentes, mas não equivalem ao rastreamento direto dessas linhagens dentro de um embrião humano.

Além disso, o desenvolvimento cerebral depende de inúmeras interações entre genes, sinais celulares e tecidos vizinhos. A existência de duas populações precursoras não significa que toda a complexidade regional do cérebro possa ser reduzida a apenas dois programas.

Por fim, as possíveis aplicações em ELA, AME e medicina regenerativa representam oportunidades de pesquisa futura. Nenhuma terapia foi testada ou validada neste trabalho.

Perguntas frequentes

O cérebro tem duas origens embrionárias?

O novo estudo sustenta a existência de duas populações de ectoderma neural com destinos diferentes: uma contribui para cérebro anterior e médio e outra para cérebro posterior. A demonstração direta por rastreamento de linhagem foi realizada em embriões de camundongos.

Isso significa que temos dois cérebros?

Não. O cérebro adulto é um único órgão funcionalmente integrado. A descoberta se refere às linhagens celulares que contribuem para diferentes regiões durante o desenvolvimento embrionário.

Qual é a diferença entre OTX2 e GBX2?

OTX2 e GBX2 são fatores de transcrição importantes na regionalização do sistema nervoso embrionário. OTX2 está relacionado à identidade anterior e média, enquanto GBX2 participa da especificação do cérebro posterior e da organização da fronteira entre cérebro médio e posterior.

O estudo foi realizado em seres humanos?

Parte do estudo utilizou células-tronco pluripotentes humanas cultivadas em laboratório. O rastreamento direto das linhagens durante o desenvolvimento embrionário foi realizado em camundongos.

Por que essa descoberta pode ajudar a estudar ELA e atrofia muscular espinhal?

Porque a nova estratégia permite produzir de forma mais controlada neurônios motores específicos do cérebro posterior. Essas células podem ser utilizadas como modelos experimentais para investigar doenças que comprometem populações de neurônios motores cranianos.

O estudo criou um tratamento para doenças neurológicas?

Não. A pesquisa desenvolveu novas ferramentas para compreender o desenvolvimento neural e produzir tipos neuronais específicos em laboratório. Aplicações terapêuticas ainda precisam ser investigadas.

Referência científica

Jokhai RT, Dundes CE, Ahsan HS, et al. Two parallel neural ectoderm progenitors contribute to the developing brain. Nature Neuroscience. Publicado em 18 de setembro de 2026.

Artigo científico original — DOI: 10.1038/s41593-026-02433-7