24/03/2016 - O novo método “Badass” usa uma proteína magnetizada para ativar células cerebrais de forma rápida, reversível e não invasiva. Pesquisadores nos Estados Unidos desenvolveram um novo método para controlar os circuitos cerebrais associados a comportamentos animais complexos, usando a engenharia genética para criar uma proteína magnetizada que ativa grupos específicos de células nervosas à distância.
Compreender como o cérebro gera comportamento é um dos objetivos finais da neurociência – e uma de suas questões mais difíceis. Nos últimos anos, os pesquisadores desenvolveram uma série de métodos que lhes permitem controlar remotamente grupos específicos de neurônios e sondar o funcionamento dos circuitos neuronais.
O mais poderoso deles é um método chamado optogenética, que permite aos pesquisadores ativar ou desativar populações de neurônios relacionados em uma escala de tempo milissegundo a milissegundo com pulsos de luz laser. Outro método desenvolvido recentemente, chamado quimiogenética, usa proteínas modificadas que são ativadas por drogas projetadas e podem ser direcionadas para tipos específicos de células.
Embora poderosos, ambos os métodos têm desvantagens. A optogenética é invasiva, exigindo a inserção de fibras ópticas que fornecem os pulsos de luz ao cérebro e, além disso, a extensão em que a luz penetra no tecido cerebral denso é severamente limitada. As abordagens quimiogenéticas superam essas duas limitações, mas normalmente induzem reações bioquímicas que levam vários segundos para ativar as células nervosas.
A nova técnica, desenvolvida no laboratório de Ali Güler na Universidade da Virgínia em Charlottesville, e descrita em uma publicação online avançada na revista Nature Neuroscience, não é apenas não invasiva, mas também pode ativar neurônios de forma rápida e reversível.
Vários estudos anteriores mostraram que as proteínas das células nervosas que são ativadas pelo calor e pela pressão mecânica podem ser geneticamente modificadas para que se tornem sensíveis a ondas de rádio e campos magnéticos, ligando-as a uma proteína de armazenamento de ferro chamada ferritina ou a partículas paramagnéticas inorgânicas. . Esses métodos representam um avanço importante – já foram usados, por exemplo, para regular a glicemia de camundongos –, mas envolvem múltiplos componentes que precisam ser introduzidos separadamente.
A nova técnica se baseia nesse trabalho anterior e é baseada em uma proteína chamada TRPV4, que é sensível à temperatura e às forças de alongamento. Esses estímulos abrem seu poro central, permitindo que a corrente elétrica flua pela membrana celular; isso evoca impulsos nervosos que viajam para a medula espinhal e depois para o cérebro.
Güler e seus colegas raciocinaram que as forças de torque magnético (ou rotação) podem ativar o TRPV4 abrindo seu poro central e, portanto, usaram a engenharia genética para fundir a proteína à região paramagnética da ferritina, juntamente com sequências curtas de DNA que sinalizam as células para transportar proteínas para a membrana da célula nervosa e inseri-los nele.
Quando eles introduziram essa construção genética em células renais embrionárias humanas crescendo em placas de Petri, as células sintetizaram a proteína 'Magneto' e a inseriram em sua membrana. A aplicação de um campo magnético ativou a proteína TRPV1 projetada, conforme evidenciado por aumentos transitórios na concentração de íons de cálcio dentro das células, que foram detectados com um microscópio de fluorescência.
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Em seguida, os pesquisadores inseriram a sequência do Magneto DNA no genoma de um vírus, juntamente com o gene que codifica a proteína verde fluorescente e as sequências reguladoras do DNA que fazem com que a construção seja expressa apenas em tipos específicos de neurônios. Eles então injetaram o vírus no cérebro de camundongos, visando o córtex entorrinal, e dissecaram o cérebro dos animais para identificar as células que emitiam fluorescência verde. Usando microeletrodos, eles mostraram que a aplicação de um campo magnético às fatias do cérebro ativava o Magneto para que as células produzissem impulsos nervosos.
Para determinar se Magneto pode ser usado para manipular a atividade neuronal em animais vivos, eles injetaram Magneto em larvas de peixe-zebra, visando neurônios no tronco e na cauda que normalmente controlam uma resposta de fuga. Eles então colocaram as larvas do peixe-zebra em um aquário magnetizado especialmente construído e descobriram que a exposição a um campo magnético induzia manobras de enrolamento semelhantes às que ocorrem durante a resposta de fuga. (Esta experiência envolveu um total de nove larvas de zebrafish, e análises subsequentes revelaram que cada larva continha cerca de 5 neurônios expressando Magneto.)
Em um experimento final, os pesquisadores injetaram Magneto no estriado de camundongos de comportamento livre, uma estrutura profunda do cérebro contendo neurônios produtores de dopamina que estão envolvidos na recompensa e na motivação, e então colocaram os animais em um aparelho dividido em seções magnetizadas e não magnetizadas . Camundongos expressando Magneto passaram muito mais tempo nas áreas magnetizadas do que os ratos que não o fizeram, porque a ativação da proteína fez com que os neurônios estriatais que a expressassem liberassem dopamina, de modo que os camundongos acharam gratificante estar nessas áreas. Isso mostra que Magneto pode controlar remotamente o disparo de neurônios nas profundezas do cérebro e também controlar comportamentos complexos.
O neurocientista Steve Ramirez, da Universidade de Harvard, que usa optogenética para manipular memórias no cérebro de camundongos, diz que o estudo é “badass”.
“Tentativas anteriores [usando ímãs para controlar a atividade neuronal] precisavam de vários componentes para o sistema funcionar – injetar partículas magnéticas, injetar um vírus que expressa um canal sensível ao calor, [ou] fixar a cabeça do animal para que uma bobina pudesse induzir mudanças no magnetismo”, explica. “O problema de ter um sistema de vários componentes é que há muito espaço para cada peça individual quebrar.”
“Este sistema é um vírus único e elegante que pode ser injetado em qualquer parte do cérebro, o que o torna tecnicamente mais fácil e menos provável de quebrar sinos e assobios em movimento”, acrescenta ele, “e seu equipamento comportamental foi inteligentemente projetado para conter ímãs. onde apropriado, para que os animais possam se movimentar livremente.”
A “magnetogenética” é, portanto, uma adição importante à caixa de ferramentas dos neurocientistas, que sem dúvida será desenvolvida ainda mais e fornecerá aos pesquisadores novas maneiras de estudar o desenvolvimento e a função do cérebro.
Fonte: https://www.theguardian.com