A fiação sutil do cérebro pode exigir um tipo diferente de ilustração de livro didático. Em vez dos tubos lisos e estreitos que normalmente se estendem das células nervosas, alguns axônios se assemelham a cordões de pequenas contas. Estes relevos repetidos não são apenas detalhes decorativos. Seu tamanho parece afetar a condução das mensagens elétricas.
Pesquisadores da Johns Hopkins Medicine focaram nesta arquitetura inesperada em um estudo publicado online neurociência da natureza Em 2 de dezembro de 2024. Trabalhando com neurônios de camundongos, eles encontraram evidências de que uma imagem familiar da anatomia das células cerebrais pode ignorar uma característica importante da extensão de transporte de sinais das células.
Desde então, pesquisas relacionadas documentaram axônios em tecido cerebral humano, expandindo as observações para além dos ratos. Juntas, as descobertas levantam questões sobre como a estrutura física da fiação do cérebro ajuda a regular a comunicação.
“Compreender a estrutura dos axônios é fundamental para compreender a sinalização das células cerebrais”, disse Shigeki Watanabe, PhD, professor associado de biologia celular e neurociência na Escola de Medicina da Universidade Johns Hopkins, no anúncio de 2024 da universidade. “Os axônios são os cabos que conectam nossos tecidos cerebrais, permitindo o aprendizado, a memória e outras funções”.
Uma imagem diferente de um axônio de uma célula cerebral
Os axônios são longas extensões que permitem que os neurônios transmitam sinais elétricos para outras células. As representações tradicionais mostram um tubo relativamente uniforme que ocasionalmente é interrompido por protuberâncias (varicosidades sinápticas que contêm aglomerados de neurotransmissores, que lhes permitem sinalizar para outras células cerebrais).
Os próprios axônios frisados não são uma visão desconhecida. Os cientistas há muito observam inflamação pronunciada em neurônios que morrem cronicamente e em condições neurodegenerativas, incluindo a doença de Parkinson. Nessas situações, o cordão pode danificar as membranas celulares e as estruturas internas que ajudam a manter a estrutura do axônio.
O que o estudo da Johns Hopkins descobriu foi a presença de inchaços muito pequenos e recorrentes nos axónios, examinados sob condições destinadas a preservar a sua estrutura normal. Os pesquisadores chamam essas áreas de “varicosidades não sinápticas”. Ao contrário das conhecidas protuberâncias associadas aos locais de comunicação, essas protuberâncias não eram sinapses.
A diferença é importante: o estudo não sugeriu que todos os axônios com contas estejam danificados. Em vez disso, apontou para uma forma de formação de pérolas em nanoescala que pode fazer parte da arquitetura geral dos axônios estudados.
uma pista de insetos
O interesse de Watanabe começou com observações de repetição de contas ao longo de axônios em insetos. O cientista suíço Graham Knott, Ph.D. As conversas com ele o inspiraram a investigar mais a fundo. Uma possível explicação envolve o esqueleto interno do axônio, uma rede de proteínas de suporte.
Uma equipe da Universidade de Harvard relatou a replicação de componentes “esqueléticos” dentro do axônio em um estudo publicado em 2012. Watanabe e Knott se perguntaram se a interrupção dessa estrutura faria com que as pérolas desaparecessem. Jacqueline Griswold, estudante de pós-graduação da Johns Hopkins e primeira autora do estudo, testou essa ideia. A pérola permaneceu.
Esse resultado redirecionou sua atenção para as propriedades físicas do axônio. Watanabe e Griswold se uniram ao biofísico teórico Padmini Rangamani, Ph.D., professor de farmacologia na Universidade da Califórnia, Escola de Medicina de San Diego, para investigar como a membrana circundante pode moldar o axônio.
Congelamento de células cerebrais revela detalhes ocultos
Estudar essas extensões de células cerebrais (neurônios) requer imagens de estruturas muito mais estreitas do que um fio de cabelo humano. Johns Hopkins os descreveu como cerca de 100 vezes menores que a largura de um fio de cabelo. Os pesquisadores usaram microscopia eletrônica de congelamento de alta pressão para preservar sua forma delicada antes de examiná-los com feixes de elétrons.
O método de preparação foi importante. A microscopia eletrônica padrão normalmente envolve fixar e desidratar quimicamente o tecido, etapas que podem alterar as estruturas que os cientistas estão tentando ver. O congelamento fornece uma maneira de manter uma forma próxima ao original.
“Para ver estruturas em nanoescala com microscopia eletrônica padrão, fixamos e desidratamos os tecidos, mas congelá-los preserva sua forma – semelhante a desidratar uma uva e transformá-la em passa, em vez de congelá-la”, disse Watanabe.
A equipe examinou neurônios de camundongos cultivados em laboratório, neurônios de camundongos adultos e neurônios de embriões de camundongos. Seus axônios não eram mielinizados (eles não tinham a bainha isolante de mielina que circunda o axônio). Em milhares de imagens de tecidos, os pesquisadores encontraram repetidamente a mesma aparência perolada.
Eles também observaram imagens de alta resolução de neurônios vivos, fornecendo evidências de que não foram geradas simplesmente pelo congelamento das amostras.
“Essas descobertas desafiam um século de compreensão sobre a estrutura dos axônios”, disse Watanabe.
Como a física da membrana molda o axônio
Para explicar os padrões, os pesquisadores criaram modelos matemáticos da membrana que envolve o axônio. Modelos mecânicos relativamente simples reproduziram características importantes dos grânulos, mostrando que as forças físicas podem ajudar a determinar a forma sem a necessidade de um molde interno rígido.
Experimentos apoiaram essa interpretação. À medida que a quantidade de açúcar na solução ao redor do axônio aumentava, as áreas inchadas diminuíam. No modelo, o aumento da tensão da membrana também reduziu o seu tamanho.
O colesterol forneceu outra maneira de mudar o comportamento da membrana. Sua remoção tornou a membrana menos rígida e mais fluida. Isso alterou a estrutura do cordão e reduziu a velocidade da sinalização elétrica nos neurônios do modelo e do camundongo.
“Um espaço mais amplo no axônio permite que os íons (partículas químicas) passem mais rapidamente e evitem engarrafamentos”, disse Watanabe.
No entanto, contas maiores nem sempre significam um sinal mais rápido. Tanto as dimensões das protuberâncias quanto seus estreitos segmentos de conexão eram importantes.
A atividade elétrica transforma as contas
Os pesquisadores também testaram se a atividade neural poderia remodelar os axônios. Após a estimulação elétrica de alta frequência, as áreas peroladas tornaram-se, em média, 8% mais longas e 17% mais largas, com o aumento durando pelo menos 30 minutos.
O artigo publicado afirma que após essa estimulação os sinais elétricos desaceleraram, cujo efeito durou pelo menos uma hora. Quando o colesterol já tinha sido removido, algumas alterações estruturais ainda ocorreram, mas as esferas permaneceram menores do que as das células não tratadas, e a mesma desaceleração significativa não foi detectada.
As descobertas mostram que os axônios não são simplesmente cabos estáticos. Sua estrutura física pode reagir à atividade e ajudar a ajustar a forma como as mensagens passam por eles.
Pesquisas posteriores encontraram axônios com contas em tecido humano
Quando as descobertas originais foram anunciadas em 2024, a equipe planejava investigar a “arma” axonal no tecido cerebral humano obtida com a permissão de pessoas que haviam sido submetidas a uma cirurgia cerebral e morreram de doenças neurodegenerativas.
Um estudo posterior relacionado relatou axônios em forma de contas em tecido cortical humano obtidos durante cirurgia de epilepsia. Chelsea R. Liderado por Eddings e seus colegas, incluindo Watanabe, este trabalho apareceu online neurônio em 24 de novembro de 2025 e na edição de 4 de fevereiro de 2026.
Os pesquisadores combinaram estimulação elétrica com frio intenso para capturar pequenas alterações na membrana em fatias de cérebro de ratos e humanos. Juntamente com os axónios frisados, encontraram evidências de endocitose ultrarrápida, um processo através do qual as terminações nervosas recuperam rapidamente a membrana após libertarem uma mensagem química.
Estas observações estendem a evidência ao tecido humano, mas não estabelecem que todos os axónios tenham o mesmo tamanho. Nem mostram que a formação de pérolas tem o mesmo efeito na sinalização em todo o cérebro humano. Estudos humanos investigaram principalmente a reciclagem de membranas na sinapse.
Extensa descoberta do que controla o tamanho do axônio
A relação entre estrutura e função do axônio também se tornou o foco de uma bolsa do Instituto Nacional de Saúde Mental para Investigadores Principais Múltiplos concedida a Watanabe e Rangamani e destaques em 2024. O projeto suporta modelos computacionais de como as propriedades físicas de um neurônio e os sinais recebidos afetam seu axônio, depois testados em tecidos de camundongos e culturas de células.
Uma investigação separada está a explorar outras formas de sondar as dimensões destas estrelas microscópicas. Num estudo publicado em Biologia PLOS Em 17 de julho de 2026, pesquisadores da Universidade de Edimburgo usaram imagens automatizadas de peixe-zebra vivo para rastrear 880 compostos quanto a efeitos no diâmetro do axônio. Eles identificaram 33 resultados iniciais e confirmaram que os compostos que afetam determinadas vias de sinalização química poderiam aumentar a largura do axônio. Esta não foi uma replicação direta do estudo de Pearling, mas fornece outra ferramenta para investigar como o tamanho do axônio é controlado.
Para a equipe da Johns Hopkins, uma questão-chave permanece: como a estrutura observada nos axônios funcionais se relaciona com as esferas prejudiciais associadas às doenças neurológicas. Compreender essa distinção poderia ajudar os pesquisadores a distinguir as mudanças normais na fiação neural dos sinais de que o sistema está funcionando mal.
