Destaques

terça-feira, 12 de abril de 2016

Zika virus impairs growth in human neurospheres and brain organoids

Primary microcephaly is a severe brain malformation characterized by the reduction of the head circumference. Patients display a heterogeneous range of brain impairments, compromising motor, visual, hearing and cognitive functions (1).

Microcephaly is associated with decreased neuronal production as a consequence of proliferative defects and death of cortical progenitor cells (2). During pregnancy, the primary etiology of microcephaly varies from genetic mutations to external insults. The so-called TORCHS factors (Toxoplasmosis, Rubella, Cytomegalovirus, Herpes virus, Syphilis) are the main congenital infections that compromise brain development in utero (3).

The increase in the rate of microcephaly in Brazil has been associated with the recent outbreak of Zika virus (ZIKV) (4, 5), a flavivirus that is transmitted by mosquitoes (6) and sexually (7–9). So far, ZIKV has been described in the placenta and amniotic fluid of microcephalic fetuses (10–13), and in the blood of microcephalic newborns (11, 14). ZIKV had also been detected within the brain of a microcephalic fetus (13, 14), and recently, there is direct evidence that ZIKV is able to infect and cause death of neural stem cells (15).

Here, we used human induced pluripotent stem (iPS) cells cultured as neural stem cells (NSC), neurospheres and brain organoids to explore the consequences of ZIKV infection during neurogenesis and growth with 3D culture models. Human iPS-derived NSCs were exposed to ZIKV (MOI 0.25 to 0.0025). After 24 hours, ZIKV was detected in NSCs (Fig. 1, A to D), when viral envelope protein was shown in 10.10% (MOI 0.025) and 21.7% (MOI 0.25) of cells exposed to ZIKV (Fig. 1E). Viral RNA was also detected in the supernatant of infected NSCs (MOI 0.0025) by qRT-PCR (Fig. 1F), supporting productive infection.
Fig. 1
ZIKV infects human neural stem cells.
Confocal microscopy images of iPS-derived NSCs double stained for (A) ZIKV in the cytoplasm, and (B) SOX2 in nuclei, one day after virus infection. (C) DAPI staining, (D) merged channels show perinuclear localization of ZIKV. Bar = 100 μm. (E) Percentage of ZIKV infected SOX2 positive cells (MOI 0.25 and 0.025). (F) RT-PCR analysis of ZIKV RNA extracted from supernatants of mock and ZIKV-infected neurospheres (MOI 0.0025) after 3 DIV, showing amplification only in infected cells. RNA was extracted, qPCR performed and virus production normalized to 12h post-infection controls. Data presented as mean ± SEM, n=5, Student’s t test, *p < 0.05, **p < 0.01.

To investigate the effects of ZIKV during neural differentiation, mock- and ZIKV-infected NSCs were cultured as neurospheres. After 3 days in vitro, mock NSCs generated round neurospheres. However, ZIKV-infected NSCs generated neurospheres with morphological abnormalities and cell detachment (Fig. 2B). After 6 days in vitro (DIV), hundreds of neurospheres grew under mock conditions (Fig. 2, C and E). Strikingly, in ZIKV-infected NSCs (MOI 2.5 to 0.025) only a few neurospheres survived (Fig. 2, D and E).

Fig. 2
ZIKV alters morphology and halts the growth of human neurospheres.

(A) Control neurosphere displays spherical morphology after 3 DIV. (B) Infected neurosphere showed morphological abnormalities and cell detachment after 3 DIV. (C) Culture well-plate containing hundreds of mock neurospheres after 6 DIV. (D) ZIKV-infected well-plate (MOI 2.5-0.025) containing few neurospheres after 6 DIV. Bar = 250 μm in (A) and (B), and 1 cm in (C) and (D). (E) Quantification of the number of neurospheres in different MOI. Data presented as mean ± SEM, n=3, Student’s t test, ***p < 0.01.

Mock neurospheres presented expected ultrastructural morphology of nucleus and mitochondria (Fig. 3A). ZIKV-infected neurospheres revealed the presence of viral particles, similarly to those observed in murine glial and neuronal cells (16). ZIKV was bound to the membranes and observed in mitochondria and vesicles of cells within infected neurospheres (Fig. 3, B and F, arrows). Apoptotic nuclei, a hallmark of cell death, were observed in all ZIKV-infected neurospheres analyzed (Fig. 3B). Of note, ZIKV-infected cells in neurospheres presented smooth membrane structures (SMS) (Fig. 3, B and F), similarly to those previously described in other cell types infected with dengue virus (17). These results suggest that ZIKV induces cell death in human neural stem cells and thus impairs the formation of neurospheres.

Fig. 3
ZIKV induces death in human neurospheres.

Ultrastructure of mock- and ZIKV-infected neurospheres after 6 days in vitro. (A) Mock-infected neurosphere showing cell processes and organelles, (B) ZIKV-infected neurosphere shows pyknotic nucleus, swollen mitochondria, smooth membrane structures and viral envelopes (arrow). Arrows point viral envelopes on cell surface (C), inside mitochondria (D), endoplasmic reticulum (E) and close to smooth membrane structures (F). Bar = 1 μm in (A) and (B) and 0.2 μm in (C) to (F). m = mitochondria; n = nucleus; sms = smooth membrane structures.

To further investigate the impact of ZIKV infection during neurogenesis, human iPS-derived brain organoids (18) were exposed with ZIKV, and followed for 11 days in vitro (Fig. 4). The growth rate of 12 individual organoids (6 per condition) was measured during this period (Fig. 4, A and D). As a result of ZIKV infection, the average growth area of ZIKV-exposed organoids was reduced by 40% when compared to brain organoids under mock conditions (0.624 mm2 ± 0.064 ZIKV-exposed organoids versus 1.051 mm2 ± 0.1084 mock-infected organoids normalized, Fig. 4E).

Fig. 4
ZIKV reduces the growth rate of human brain organoids.

35 days old brain organoids were infected with (A) MOCK and (B) ZIKV for 11 days in vitro. ZIKV-infected brain organoids show reduction in growth compared with MOCK. Arrows point to detached cells. Organoid area was measured before and after 11 days exposure with (C) MOCK and (D) ZIKV in vitro. Plotted quantification represent the growth rate. (E) Quantification of the average of mock- and ZIKV-infected organoid area 11 days after infection in vitro. Data presented as mean ± SEM, n=6, Student’s t test, *p < 0.05.

In addition to MOCK infection, we used dengue virus 2 (DENV2), a flavivirus with genetic similarities to ZIKV (11, 19), as an additional control group. One day after viral exposure, DENV2 infected human NSCs with a similar rate as ZIKV (fig. S1, A and B). However, after 3 days in vitro, there was no increase in caspase 3/7 mediated cell death induced by DENV2 with the same 0.025 MOI adopted for ZIKV infection (fig. S1, C and D). On the other hand, ZIKV induced caspase 3/7 mediated cell death in NSCs, similarly to the results described by Tang and colleagues (15). After 6 days in vitro, there is a significant difference in cell viability between ZIKV-exposed NSCs compared to DENV2-exposed NSCs (fig. S1, E and F). In addition, neurospheres exposed to DENV2 display a round morphology such as uninfected neurospheres after 6 days in vitro (fig. S1G). Finally, there was no reduction of growth in brain organoids exposed to DENV2 for 11 days compared to MOCK (1.023 mm2 ± 0.1308 DENV2-infected organoids versus 1.011 mm2 ± 0.2471 mock-infected organoids normalized, fig. S1, H and I). These results suggest that the deleterious consequences of ZIKV infection in human NSCs, neurospheres and brain organoids are not a general feature of the flavivirus family. Neurospheres and brain organoids are complementary models to study embryonic brain development in vitro (20, 21). While neurospheres present the very early characteristics of neurogenesis, brain organoids recapitulate the orchestrated cellular and molecular early events comparable to the first trimester fetal neocortex, including gene expression and cortical layering (18, 22). Our results demonstrate that ZIKV induces cell death in human iPS-derived neural stem cells, disrupts the formation of neurospheres and reduces the growth of organoids (fig. S2), indicating that ZIKV infection in models that mimics the first trimester of brain development may result in severe damage. Other studies are necessary to further characterize the consequences of ZIKV infection during different stages of fetal development.

Cell death impairing brain enlargement, calcification and microcephaly is well described in congenital infections with TORCHS (3, 23, 24). Our results, together with recent reports showing brain calcification in microcephalic fetuses and newborns infected with ZIKV (10, 14) reinforce the growing body of evidence connecting congenital ZIKV outbreak to the increased number of reports of brain malformations in Brazil.

Supplementary Materials



BRENO VILELA COSTA, deixa o DELOG da SE/MS para ser Diretor de Programa na SE/MS e FÁBIO LOPES RAMOS é o novo Diretor do DELOG SE/MS

MINISTÉRIO DA SAÚDE
A MINISTRA DE ESTADO CHEFE DA CASA CIVIL DA PRESIDÊNCIA DA REPÚBLICA, substituta, no uso de suas atribuições e tendo em vista o disposto no art. 1o do Decreto no 4.734,
de 11 de junho de 2003, resolve
Nº 357 - EXONERAR
BRENO VILELA COSTA do cargo de Diretor do Departamento de Logística em Saúde da Secretaria-Executiva do Ministério da Saúde, código DAS 101.5.

Nº 359 - NOMEAR
FÁBIO LOPES RAMOS, para exercer o cargo de Diretor do Departamento de Logística em Saúde da Secretaria-Executiva do Ministério da Saúde, código DAS 101.5.

Nº 360 - NOMEAR
BRENO VILELA COSTA, para exercer o cargo de Diretor de Programa da Secretaria-Executiva do Ministério da Saúde, código DAS 101.5.
EVA MARIA CELLA DAL CHIAVON

Contraceptivos subdérmico liberador de etonogestrel e intrauterino liberador de levonorgestrel NÃO SÃO INCORPORADOS AO SUS

SECRETARIA DE CIÊNCIA, TECNOLOGIA E INSUMOS ESTRATÉGICOS
PORTARIA Nº 12, DE 11 DE ABRIL DE 2016
Torna pública a decisão de não incorporar o sistema subdérmico liberador de etonogestrel 68 mg para anticoncepção em mulheres de 15 a 19 anos de idade, no âmbito do Sistema Único de Saúde - SUS.

O SECRETÁRIO DE CIÊNCIA, TECNOLOGIA E INSUMOS ESTRATÉGICOS DO MINISTÉRIO DA SAÚDE, no uso de suas atribuições legais e com base nos termos dos art. 20 e art. 23 do Decreto 7.646, de 21 de dezembro de 2011, resolve:
Art. 1º Fica não incorporado o sistema subdérmico liberador de etonogestrel 68 mg para anticoncepção em mulheres de 15 a 19 anos de idade, no âmbito do Sistema Único de Saúde - SUS.
Art. 2º O relatório de recomendação da Comissão Nacional de Incorporação de Tecnologias no SUS (CONITEC) sobre essa tecnologia estará disponível no endereço eletrônico: http://conitec.gov.br
Art. 3º A matéria poderá ser submetida a novo processo de avaliação pela CONITEC caso sejam apresentados fatos novos que possam alterar o resultado da análise efetuada. Art. 4º Esta Portaria entra em vigor na data de sua publicação.
EDUARDO DE AZEREDO COSTA

PORTARIA No - 13, DE 11 DE ABRIL DE 2016
Torna pública a decisão de não incorporar o sistema intrauterino liberador de levonorgestrel 52 mg para anticoncepção em mulheres de 15 a 19 anos de idade, no âmbito do Sistema Único de Saúde - SUS.

O SECRETÁRIO DE CIÊNCIA, TECNOLOGIA E INSUMOS ESTRATÉGICOS DO MINISTÉRIO DA SAÚDE, no uso de suas atribuições legais e com base nos termos dos art. 20 e art. 23 do Decreto 7.646, de 21 de dezembro de 2011, resolve:
Art. 1º Fica não incorporado o sistema intrauterino liberador de levonorgestrel 52 mg para anticoncepção em mulheres de 15 a 19 anos de idade, no âmbito do Sistema Único de Saúde - SUS.
Art. 2º O relatório de recomendação da Comissão Nacional de Incorporação de Tecnologias no SUS (CONITEC) sobre essa tecnologia
estará disponível no endereço eletrônico: http://conitec.gov.br/  .
Art. 3º A matéria poderá ser submetida a novo processo de avaliação pela CONITEC caso sejam apresentados fatos novos que possam alterar o resultado da análise efetuada. Art. 4º Esta Portaria entra em vigor na data de sua publicação.
EDUARDO DE AZEREDO COSTA

GOLIMUMABE para tratamento de artrite psoriásica é incorporado ao SUS

PORTARIA Nº 14, DE 11 DE ABRIL DE 2016
Torna pública a decisão de incorporar o golimumabe para o tratamento da artrite psoriásica, no âmbito do Sistema Único de Saúde - SUS.

O SECRETÁRIO DE CIÊNCIA, TECNOLOGIA E INSUMOS ESTRATÉGICOS DO MINISTÉRIO DA SAÚDE, no uso de suas atribuições legais e com base nos termos dos art. 20 e art. 23 do Decreto 7.646, de 21 de dezembro de 2011, resolve:

Art. 1º Fica incorporado o golimumabe para o tratamento da artrite psoriásica, no âmbito do Sistema Único de Saúde - SUS.

Art. 2º O relatório de recomendação da Comissão Nacional de Incorporação de Tecnologias no SUS (CONITEC) sobre essa tecnologia estará disponível no endereço eletrônico: http://conit
e c . g o v. b r / .

Art. 3º Esta Portaria entra em vigor na data de sua publicação.
EDUARDO DE AZEREDO COSTA

Pesquisadores testam dez medicamentos contra vírus Zika

Pesquisadores brasileiros da Universidade Federal do Rio de Janeiro e do Instituto Dor de Pesquisa e Ensino conseguiram relacionar o zikavírus e a ocorrência da microcefalia em bebês.

A partir dos resultados encontrados, os cientistas testam agora dez medicamentos para serem usados por mulheres grávidas para conter os danos do vírus zika na formação do cérebro fetal.

O coordenador do estudo, o neurocientista Stevens (Reren) acredita que em 2 meses o grupo vai poder ter uma pista sobre um remédio que possa ser utilizado para prevenir a microcefalia

Em um momento em que a área da Ciência e da Tecnologia tem enfrentado cortes no orçamento, o reitor da UFRJ Roberto Leher elogiou a pesquisa e destacou a importância das política públicas permanentes na área

A pesquisa trabalhou a partir de células-tronco humanas reprogramadas que permitiram a criação de minicérebros e similares ao cérebro em desenvolvimento.

O zika vírus foi inserido nessas estruturas para observar as consequências na formação do cérebro fetal. O estudo foi publicado na revista norte-americana Science, uma das mais importantes da área no mundo.

Joana Moscatteli

Estudo aponta que 1º trimestre pode ser de maior risco para grávidas

Os dados são de pesquisa realizada pelo Ministério da Saúde e CDC dos EUA na Paraíba. Pelo novo boletim são 4.046 casos em investigação de microcefalia, 1.046 confirmados e 1.814 descartados
O estudo de caso-controle realizado na Paraíba mostra, preliminarmente, que mães que tiveram o vírus Zika no primeiro trimestre da gestação apresentaram maior probabilidade de terem crianças com microcefalia. O Ministério da Saúde, em pareceria com o governo da Paraíba e Centro de Controle e Prevenção de Doenças Transmissíveis (CDC) dos Estados Unidos, continua com a análise das amostras de sangue coletadas nas mães e bebês paraibanos. Somente após esta fase, os resultados finais serão divulgados. O resultado inicial do estudo, apresentado em João Pessoa (PB), também não encontrou nenhuma associação da microcefalia com a exposição de produtos como inseticidas, por exemplo.
“Faz parte deste estudo a investigação de pessoas que não foram acometidas pela microcefalia. Somente após o processamento das amostras de sangue coletadas, comparando os casos e os controles, é que poderemos estimar com mais clareza o risco de ser acometido pela doença e a relação do Zika com a microcefalia”, explica o assessor da Secretaria de Vigilância em Saúde do Ministério da Saúde, Eduardo Hage, destacando o empenho das equipes na fase de campo da pesquisa. “O estudo se deu de forma ágil, ética e eficaz. As equipes deram passos importantes na busca por respostas para o problema que preocupa o mundo”, acrescentou o secretário de Vigilância em Saúde, do Ministério da Saúde, Antonio Nardi.
A pesquisa, que começou no dia 22 de fevereiro, contou com a atuação de oito equipes – compostas pelas instituições envolvidas – que investigaram a proporção de recém-nascidos com microcefalia associada ao Zika, além do risco da infecção pelo vírus, em 56 municípios do estado. Ao todo, foram entrevistados 165 casos de mães que tiveram bebês com microcefalia e 446 controle (mães e bebês da mesma região sem microcefalia). Entre os bebês, 52% são do sexo feminino e 48% do sexo masculino, na faixa-etária de 0 a 7 meses.
NOVO BOLETIM – Em todo o Brasil, 4.046 casos suspeitos de microcefalia estão em investigação, de acordo com o novo boletim divulgado nesta terça-feira (5) pelo Ministério da Saúde. Desde o início das investigações, em outubro de 2015, até 2 de abril – foram 6.906 notificações em 1.307 municípios de todas as unidades da federação. Dos casos já concluídos, 1.814 já foram descartados e 1.046 foram confirmados para microcefalia e outras alterações do sistema nervoso, sugestivos de infecção congênita. 

Destes, 170 já tiveram confirmação laboratorial para o vírus Zika.  Nestes casos, foi realizado exame laboratorial específico para o vírus Zika. No entanto, o Ministério da Saúde ressalta que esse dado não representa, adequadamente, a totalidade do número de casos relacionados ao vírus. Ou seja, a pasta considera que houve infecção pelo Zika na maior parte das mães que tiveram bebês com diagnóstico final de microcefalia.

Até o dia 2 de abril, foram registrados 227 óbitos (fetal ou neonatal) suspeitos de microcefalia e/ou alteração do sistema nervoso central após o parto ou durante a gestação (abortamento ou natimorto). Destes, 51 foram confirmados para microcefalia e/ou alteração do sistema nervoso central. Outros 148 continuam em investigação e 28 foram descartados.

Cabe esclarecer que o Ministério da Saúde está investigando todos os casos de microcefalia e outras alterações do sistema nervoso central, informados pelos estados, e a possível relação com o vírus Zika e outras infecções congênitas. A microcefalia pode ter como causa, diversos agentes infecciosos além do Zika, como Sífilis, Toxoplasmose, Outros Agentes Infecciosos, Rubéola, Citomegalovírus e Herpes Viral.

O Ministério da Saúde orienta as gestantes adotarem medidas que possam reduzir a presença do mosquito Aedes aegypti, com a eliminação de criadouros, e proteger-se da exposição de mosquitos, como manter portas e janelas fechadas ou teladas, usar calça e camisa de manga comprida e utilizar repelentes permitidos para gestantes.

PESQUISAS – Outro estudo realizado por um grupo de pesquisa sobre a epidemia de Zika (MERG) apontou que, de 100 mães de crianças com microcefalia entrevistas no Estado de Pernambuco, 59 notaram a presença de exantema (erupção cutânea) durante a gravidez, sintoma comum em pessoas infectadas pelo vírus Zika. A pesquisa foi publicada em uma revista científica do Centro de Controle e Prevenção de Doenças Transmissíveis (CDC), dos Estados Unidos.
Fazem parte deste grupo, especialista da Fundação Oswaldo Cruz Pernambuco – Centro de Pesquisa Aggeu Magalhães (Fiocruz/CPqAM), da Organização Pan-Americana da Saúde/Organização Mundial da Saúde (OPAS/OMS), do Ministério da Saúde, do Instituto de Medicina Integral Professor Fernando Figueira (IMIP), da Universidade Federal de Pernambuco, da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, da Secretaria de Estado de Saúde de Pernambuco, da Universidade Federal da Fronteira Sul, da Universidade de Pernambuco, do Instituto de Avaliação de Tecnologia em Saúde e da London School of Hygiene & Tropical Medicine.
Distribuição dos casos notificados de microcefalia por UF, até 2 de abril de 2016
Regiões e Unidades Federadas
Casos  de Microcefalia e/ou malformações, sugestivos de infecção congênita
Total acumulado1 de casos notificados de 2015 a 2016
Em investigação
Confirmados2,3
Descartados4
Brasil
4.046
1.046
1.814
6.906
Alagoas
72
52
131
255
Bahia
663
194
134
991
Ceará
247
76
114
437
Maranhão
135
66
34
235
Paraíba
386
103
364
853
Pernambuco
1.053
303
490
1.846
Piauí
31
70
49
150
Rio Grande do Norte
290
83
35
408
Sergipe
157
31
17
205
Região Nordeste
3.034
978
1.368
5.380
Espírito santo
91
4
18
113
Minas Gerais
28
2
46
76
Rio de Janeiro
297
21
62
380
São Paulo
162*5
0
94
256
Região Sudeste
578
27
220
825
Acre
30
1
2
33
Amapá
2
3
0
5
Amazonas
11
1
1
13
Pará
23
1
0
24
Rondônia
5
3
4
12
Roraima*6
16
0
0
16
Tocantins
116
0
17
133
Região Norte
203
9
24
236
Distrito Federal
1
4
32
37
Goiás
82
9
30
121
Mato grosso
113
14
71
198
Mato Grosso do Sul
5
2
11
18
Região Centro-Oeste
201
29
144
374
Paraná
5
1
25
31
Santa Catarina
0
0
3
3
Rio Grande do Sul
25
2
30
57
Região Sul
30
3
58
91
 Fonte: Secretarias de Saúde dos Estados e Distrito Federal (dados atualizados até 27/02/2016).
1 Número cumulativo de casos notificados que preenchiam a definição de caso operacional anterior (33 cm), além das definições adotadas no Protocolo de Vigilância (a partir de 09/12/2015) que definiu o Perímetro Cefálico de 32 cm para recém-nascidos com 37 ou mais semanas de gestação e demais definições do protocolo. 
2 Apresentam alterações típicas: indicativas de infecção congênita, como calcificações intracranianas, dilatação dos ventrículos cerebrais ou alterações de fossa posterior entre outros sinais clínicos observados por qualquer método de imagem ou identificação do vírus Zika em testes laboratoriais. 
3 Foram confirmados 82 casos por critério laboratorial específico para vírus Zika (técnica de PCR e sorologia). 
4 Descartados por apresentar exames normais, por apresentar microcefalia e/ou malformações congênitas por causas não infecciosas ou por não se enquadrar nas definições de casos. 
*5 Conforme informado pelo Centro de Vigilância Epidemiológica “Prof. Alexandre Vranjac”, da Secretaria de Estado de Saúde de São Paulo, 162 casos se encontram em investigação para infecção congênita. Destes, 39 são possivelmente associados com a infecção pelo vírus Zika, porém ainda não foram finalizadas as investigações. 
*6 Dados de Roraima referente a SE 12, até o dia 23 de março. (Não atualizado).  
Fonte: Secretarias de Saúde dos Estados e Distrito Federal (dados atualizados até 2/04/2016).

Por Amanda Mendes, da Agência Saúde

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