2015-09-21

Subject: Neurónios de verme activados por ultra-som

Neurónios de verme activados por ultra-som

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@ Nature/Salk Institute for Biological StudiesOs neurocientistas usaram ultra-sons para estimular neurónios individuais de um verme e esperam que a técnica , que baptizaram sonogenética, possa ser adaptada à activação de neurónios de ratos e de animais ainda maiores.

A técnica depende de proteínas-canal sensíveis ao toque, que podem ser adicionadas a neurónios individuais através de engenharia genética. Os canais abrem ao ser atingidos por um impulso ultra-sónico, permitindo aos iões inundar o neurónio e desencadear o impulso nervoso.

O ultra-som pode ser uma forma menos invasiva de os investigadores estimularem tipos celulares específicos ou neurónios individuais, em vez de usarem eléctrodos implantados ou cabos de fibra óptica, refere o neurobiólogo Sreekanth Chalasani, do Instituto Salk de Estudos Biológicos de La Jolla, Califórnia, que liderou o estudo agora publicado na revista Nature Communications.

“A nossa esperança é criar uma caixa de ferramentas composta por diferentes canais que responderão cada um a diferentes intensidades de ultra-som", diz ele.

"É uma nova ideia muito interessante e a equipa mostra que pode ser realmente exequível", diz Jon Pierce-Shimomura, neurocientista que estuda o nemátodo Caenorhabditis elegans na Universidade do Texas em Austin. “Isto pode abrir toda uma nova via de manipulação do sistema nervoso de forma não invasiva, através de ferramentas genéticas codificáveis.”

A pesquisa segue os passos da optogenética, uma técnica popular já com uma década de idade em que os neurónios são geneticamente modificados para serem activados pela luz. A optogenética depende da inserção de proteínas-canal sensíveis à luz nos neurónios. Quando estas são atingidas por luz do comprimento de onda correcto, muitas vezes enviada para o cérebro via cabo de fibra óptica, os canais abrem, desencadeando o impulso nervoso.

A sonogenética não vai substituir a optogenética, diz William Tyler, neuroengenheiro especializado em estimulação cerebral por ultra-sons na Universidade Estadual do Arizona em Tempe: “Mas com este artigo ficamos com mais uma ferramenta."

Há muito que o ultra-som é usado para fins médicos pois as ondas de baixa intensidade ajudam os médicos a monitorizar fetos ou a função cardíaca. Impulsos ultra-sónicos de alta intensidade podem ser usados para aquecer e destruir certos tecidos doentes. Nos últimos anos, diz Tyler, os investigadores têm estado cada vez mais interessados na utilização de ultra-som como forma não invasiva de estimular cérebros e nervos, tanto em animais, como no Homem. Ele e a sua equipa publicaram um dos primeiros relatórios de estimulação cerebral ultra-sónica em humanos em 2014.

Mas enquanto os trabalhos anteriores estimulavam certas regiões em particular do cérebro, a sonogenética mostra que é possível ter como alvo um tipo celular em particular ou mesmo um neurónio individual, diz Chalasani. A sua equipa descobriu que o canal iónico TRP-4 desempenha um papel crucial para que o verme detecte as vibrações ultra-sónicas e pode ser manipulado com um efeito dramático.

Dado que o ultra-som não se desloca bem através do ar, os investigadores colocaram primeiro os vermes numa caixa de Petri, parcialmente submersos em água. Enviaram um curto impulso de ultra-som para a caixa e amplificaram as ondas de baixa pressão adicionando bolhas lipídicas microscópicas à superfície da caixa de Petri que ressoavam com as vibrações.

Adicionando a proteína TRP-4 a neurónios com diferentes funções, os investigadores foram capazes de inverter a direcção em que os vermes se deslocavam ou obrigá-los a fazer curvas apertadas com mais frequência em resposta a breves impulsos de ultra-sons de baixa pressão.

Em último caso, Chalasani espera que a técnica possa ser usada em outros animais. A equipa está a preparar testes do seu sistema em ratos, ainda que estes animais não produzam naturalmente o canal TRP-4, logo não é claro de que forma a proteína se comportará ou se outros canais iónicos funcionariam melhor.

Nos vermes, a equipa de Chalasani vislumbrou indícios de que pelo menos um outro canal iónico está sintonizado para ondas ultra-sónicas com uma pressão ligeiramente mais elevada do que a usada neste estudo. Isso abre a possibilidade de poderem ser seleccionados ou modificados diferentes canais iónicos para aplicações personalizadas, diz ele.

Mesmo que a sonogenética se torne comum na investigação básica, a sua tradução para humanos ainda poderá estar limitada pelos desafios da manipulação genética da expressão dos canais iónicos, salienta Chalasani. “Essa é a grande questão, tanto para a optogenética como para a sonogenética: 'Como colocar de forma segura este canal iónico na célula ou tipo celular em que estás interessado?'”

Mas Tyler fca a pensar se as manipulações genéticas invasivas poderão não ser necessárias para utilizarmos os princípios por detrás da sonogenética em humanos. Pode ser que diferentes tipos de neurónios, devido às suas proteínas-canal diferentes e estrutura física diferente, sejam intrinsecamente sensíveis a, e portanto controladas por, diferentes impulsos ultra-sónicos, independentemente de serem ou não geneticamente modificados: “É uma possibilidade fascinante e este artigo abre-a", diz ele.

 

 

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