Ondas sonoras podem controlar células cerebrais

Cientistas norte-americanos desenvolveram uma nova maneira de ativar seletivamente células do cérebro, do coração, músculo e outras através de ondas ultrassónicas.

A nova técnica, batizada 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 a terapêutica humana.

O estudo foi publicado na revista Nature Communications.

Som > luz

Na optogenética, os investigadores acrescentam proteínas de canais sensíveis à luz aos neurónios que desejam estudar. Ao focar um laser sobre as células, eles podem abrir esses canais seletivamente, para ativar ou silenciar os neurónios-alvo.

Contudo, essa abordagem é difícil em células profundas do cérebro: por norma, os investigadores 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.

O investigador Sreekanth Chalasani, do Laboratório de Neurobiologia Molecular do Instituto Salk, nos EUA, decidiu com os seus colegas desenvolver uma abordagem que contasse com ondas de ultrassom para fazer essa ativação, em vez da luz.

“Em contraste com a luz, o ultrassom de baixa frequência pode viajar através do corpo sem qualquer dispersão”, diz.

“Isto pode ser uma grande vantagem quando queremos estimular uma região profunda do cérebro, sem afetar outras regiões”, acrescenta Stuart Ibsen, principal autor do novo trabalho.

Microbolhas

Os cientistas começaram por provar 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-se de forma não invasiva através do verme”.

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

Munidos desse conhecimento, os investigadores tentaram adicionar canais TRP-4 a neurónios que normalmente não os têm, e com esta abordagem ativaram com sucesso neurónios 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 grande potencial.

Além disso, as 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 dos mamíferos”, explica Chalasani, cuja equipa já começou a testar a abordagem em camundongos.

A sonogenética é uma promessa em investigação 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.

ZAP / HypeScience

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