Sonogenética: cientistas usam ondas sonoras para controlar células cerebrais

Cientistas desenvolveram uma nova maneira de ativar seletivamente células do cérebro, do coração, músculo e outras que utilizam ondas ultrassônicas.

A nova técnica, apelidada de “sonogenética”, tem algumas semelhanças com o uso crescente de luz para ativar as células – a optogenética.

O método utiliza o mesmo tipo de ondas da medicina de ultrassom, e pode ter vantagens em relação à optogenética, particularmente quando se trata de adaptar a tecnologia para terapêutica humana.

O estudo foi publicado na revista Nature Communications.

Som > luz

Em optogenética, pesquisadores acrescentam proteínas de canais sensíveis à luz aos neurônios que desejam estudar. Focando um laser sobre as células, eles podem abrir seletivamente esses canais, para ativar ou silenciar os neurônios-alvo.
Porém, essa abordagem em células profundas do cérebro é difícil: normalmente, os pesquisadores têm de realizar uma cirurgia de implante de cabo de fibra óptica para atingi-las. Além disso, a luz é dispersa pelo cérebro e por outros tecidos do corpo.

Sreekanth Chalasani, do Laboratório de Neurobiologia Molecular do Instituto Salk, nos EUA, autor sênior do estudo, decidiu junto com seus colegas desenvolver uma abordagem que contasse com ondas de ultrassom para fazer essa ativação, ao invés de luz.

“Em contraste com a luz, ultrassom de baixa frequência pode viajar através do corpo sem qualquer dispersão”, diz.
“Isso pode ser uma grande vantagem quando você quer estimular uma região profunda do cérebro, sem afetar outras regiões”, acrescenta Stuart Ibsen, pós-doutorando no Laboratório e principal autor do novo trabalho.

O experimento

Os cientistas primeiro provaram que, nos nematoides Caenorhabditis elegans, microbolhas de gás fora do verme eram necessárias para amplificar as ondas de ultrassom de baixa intensidade.
“As microbolhas aumentavam e diminuíam em sintonia com as ondas”, afirma Ibsen. “Essas oscilações podiam então propagar de forma não invasiva pelo verme”.

Em seguida, encontraram um canal iônico de membrana, TRP-4, que podia responder a estas ondas. Quando deformações mecânicas do ultrassom atingiam as bolhas de gás e se propagavam para o verme, faziam os canais TRP-4 se abrirem e ativarem a célula.

Armados com esse conhecimento, os pesquisadores tentaram adicionar canais TRP-4 a neurônios que normalmente não os têm. Com esta abordagem, eles ativaram com sucesso neurônios que normalmente não reagem ao ultrassom.

Potencial

Como TRP-4 pode ser adicionado a qualquer tipo de célula sensível ao cálcio em qualquer organismo incluindo o dos seres humanos, a nova técnica tem potencial.

Além disso, microbolhas podem ser injetadas na corrente sanguínea e distribuídas por todo o corpo, uma abordagem já utilizada em algumas técnicas de imagiologia humana.

O ultrassom pode, em seguida, chegar de forma não invasiva a qualquer tecido de interesse, incluindo o cérebro, ser amplificado pelas microbolhas e ativar as células desejadas através do TRP-4.

“A chave será ver se isso funciona no cérebro de mamíferos”, explica Chalasani. Sua equipe já começou a testar a abordagem em camundongos.

A sonogenética é uma promessa em pesquisa básica, permitindo que os cientistas estudem o efeito da ativação celular. Também pode ser útil na área terapêutica através da ativação de células afetadas por doenças.

Fonte: HypeScience