Pesquisadores da Escola de Medicina da Universidade Johns Hopkins relatam que determinaram como os cérebros dos mamíferos constroem redes complexas de tubos finos que transportam toxinas para dentro e para fora das células cerebrais, muito parecidos com os tubos pneumáticos que enviam itens através de sistemas em fábricas e lojas.
Seus experimentos, que usaram ratos geneticamente modificados e ferramentas avançadas de imagem, foram apoiados pelos Institutos Nacionais de Saúde e foram publicados em 2 de outubro em ciência. A equipe disse que a descoberta poderia 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 observaram que esses minúsculos tubos, chamados nanotubos, servem principalmente para ajudar os neurônios a expelir pequenas moléculas tóxicas, como a beta-amilóide. Esta proteína pode agregar-se em placas pegajosas, uma das características da doença de Alzheimer.
“As células têm que se livrar das moléculas tóxicas e depois entregar essa molécula tóxica às células vizinhas, criando nanotubos”, disse o autor correspondente Hyungbae Kwon, professor associado de neurociência na Escola de Medicina da Universidade Johns Hopkins. “Infelizmente, isso também faz com que as proteínas prejudiciais se espalhem para outras áreas do cérebro”.
Com a ajuda de microscopia poderosa e imagens de células vivas, a equipe observou que os neurônios desenvolvem extensões delgadas entre os dendritos – as projeções ramificadas que conectam as células cerebrais. Os pesquisadores dizem que esses “nanotubos dendríticos” parecem transferir moléculas prejudiciais de um neurônio para outro.
“A estrutura colunar alongada desses nanotubos dendríticos ajuda a transmitir informações rapidamente entre os neurônios”, disse Kwon. “Esses nanotubos podem transportar cálcio, íons ou moléculas tóxicas e são ideais para enviar mensagens a células distantes”.
Simulações computacionais do processo refletiram os estágios iniciais da formação de amiloide, ou “amiloidose precoce”, e revelaram o que os pesquisadores descrevem como uma “camada de conexões de nanotubos” que acrescenta uma nova dimensão à forma como as células cerebrais interagem.
Kwon observou que esses insights poderiam ajudar os cientistas a melhorar os tratamentos para a doença de Alzheimer e doenças semelhantes.
Para explorar este fenómeno, os investigadores recolheram amostras de tecido cerebelar de ratos saudáveis e examinaram-nas com microscopia de alta resolução, permitindo-lhes visualizar os nanotubos em grande detalhe e acompanhar como estes movem o material entre os neurónios.
Eles então compararam essas amostras com tecido cerebral de camundongos geneticamente modificados para desenvolver acúmulo de amiloide semelhante à doença de Alzheimer.
Os pesquisadores mostraram que camundongos com doença de Alzheimer tinham um número maior de nanotubos no cérebro aos três meses de idade, quando eram assintomáticos, em comparação com camundongos normais da mesma idade. Aos seis meses de idade, o número de nanotubos em ratos normais e em ratos com doença de Alzheimer começou a se estabilizar.
Ao observar mais de perto os neurônios humanos (amostrados com permissão do Open Electron Microscopy Database), os cientistas descobriram que nanotubos com morfologias semelhantes se formaram entre os neurônios, assim como ratos de laboratório desenvolvem nanotubos.
Em experimentos futuros, a equipe se concentrará em investigar se existem redes de nanotubos em larga escala em outros tipos de células além dos neurônios cerebrais, disse Kwon. Eventualmente, ele planeja projetar um experimento que permitiria aos pesquisadores criar um nanotubo e ver como ele afeta o estado de uma célula.
Com esse conhecimento, disse Kwon, um dia poderá ser possível aumentar ou diminuir a produção de nanotubos para proteger o cérebro.
“Ao projetar tratamentos potenciais com base neste trabalho, podemos determinar como os nanotubos são produzidos, aumentando ou diminuindo sua formação dependendo do estágio da doença”, disse Kwon.
O financiamento para este estudo foi fornecido pelos Institutos Nacionais de Saúde (DP1MH119428 e R01NS138176).
Outros pesquisadores que conduziram o estudo incluem Minhyeok Chang, Sarah Krüssel, Juhyun Kim, Daniel Lee, Alec Merodio e Jaeyoung Kwon da Universidade Johns Hopkins; e Laxmi Kumar Parajuli e Shigeo Okabe da Universidade de Tóquio, Japão.
