Pesquisadores da Johns Hopkins Medicine relatam que identificaram como o cérebro dos mamíferos cria uma rede complexa de pequenos tubos que movem toxinas para dentro e para fora das células cerebrais, muito parecido com os tubos pneumáticos que enviam itens através do sistema em fábricas e lojas.
Seus experimentos, que usaram camundongos geneticamente modificados e equipamentos avançados de imagem, foram apoiados pelos Institutos Nacionais de Saúde e publicados em 2 de outubro. ciência. Segundo a equipa, a descoberta poderá aprofundar a compreensão científica de como a doença de Alzheimer e outras doenças neurodegenerativas se desenvolvem, proporcionando caminhos potenciais para novos tratamentos.
No estudo, os cientistas descobriram que esses tubos microscópicos, conhecidos como nanotubos, foram inicialmente formados para ajudar os neurônios a liberar pequenas moléculas tóxicas, como o beta-amilóide. Estas proteínas podem agrupar-se para formar placas pegajosas, uma das características da doença de Alzheimer.
“As células precisam se livrar de moléculas tóxicas e, ao produzirem um nanotubo, podem entregar essas moléculas tóxicas a uma célula vizinha”, disse o autor correspondente Hyungbae Kwon, professor associado de neurociência na Escola de Medicina da Universidade Johns Hopkins. “Infelizmente, isso resulta na disseminação de proteínas prejudiciais para outras áreas do cérebro”.
Usando microscópios poderosos e imagens de células vivas, a equipe viu que os neurônios formavam extensões longas e delgadas entre seus dendritos – projeções cerebrais que conectam as células cerebrais. Esses “nanotubos dendríticos”, como os pesquisadores os chamavam, pareciam transportar moléculas nocivas de um neurônio para outro.
“A estrutura longa e fina em forma de coluna desses nanotubos dendríticos facilita a rápida transferência de informações de neurônio para neurônio”, disse Kwon. “Esses nanotubos podem transportar cálcio, íons ou moléculas tóxicas e são ideais para enviar informações a células distantes”.
Simulações computacionais do processo refletem os estágios iniciais do acúmulo de amiloide, ou “amiloidose primária”, e o que os pesquisadores descrevem como “camadas de conectividade nanotubulares” que acrescentam uma nova dimensão à forma como as células cerebrais se comunicam.
Kwon observa que esses insights poderiam ajudar os cientistas a refinar abordagens para o tratamento da doença de Alzheimer e condições semelhantes.
Para explorar o fenómeno, os investigadores recolheram pequenas amostras de tecido cerebral de ratos saudáveis e examinaram-nas com microscopia de alta resolução, permitindo-lhes visualizar os nanotubos com detalhes extraordinários e rastrear como eles moviam substâncias entre os neurónios.
Eles então compararam essas amostras com tecido cerebral de camundongos geneticamente modificados para produzir amiloide semelhante ao Alzheimer.
Os investigadores dizem que os ratos com doença de Alzheimer tinham um número aumentado de nanotubos no cérebro aos três meses de idade, em comparação com ratos normais da mesma idade, quando os ratos não apresentavam sintomas. Aos seis meses de idade, o número de nanotubos começou a se igualar entre ratos normais e aqueles com doença de Alzheimer.
Observando atentamente os neurônios humanos (amostrados com permissão de um banco de dados de microscopia eletrônica disponível publicamente), os cientistas identificaram nanotubos com uma morfologia semelhante àquelas formadas dentro dos neurônios à medida que ratos de laboratório os desenvolviam.
Em experimentos futuros, disse Kwon, a equipe se concentrará em saber se existem redes de nanotubos em larga escala em outros tipos de células além dos neurônios cerebrais. Por fim, ele quer projetar um experimento no qual os pesquisadores criem um nanotubo para ver como ele afeta o estado das células.
Com esse tipo de conhecimento, diz Kwon, é possível um dia aumentar ou diminuir a produção de nanotubos para proteger o cérebro.
“Ao projetar um tratamento potencial baseado neste trabalho, podemos observar como os nanotubos são produzidos – aumentando ou diminuindo sua composição – de acordo com o estágio da doença”, disse Kwon.
O financiamento para esta pesquisa foi fornecido pelos Institutos Nacionais de Saúde (DP1MH119428 e R01NS138176).
Pesquisadores adicionais que conduzem o estudo são Minhaeok Chang, Sarah Krusel, Juhyun Kim, Daniel Lee, Alec Merodeo e Jeong Kwon da Johns Hopkins; e Lakshmi Kumar Parajuli e Shigeo Okabe da Universidade de Tóquio, Japão.
