Usando Luz para diagnosticar Parkinson

A engenheira biomédica Xue Han fala sobre seu trabalho no novo campo da optogenética

07.28.2014 - Xue Han investiga doença de Parkinson com uma ferramenta incomum: luz. Han é pioneira no campo da jovem optogenética, em que os cientistas procedem reengenharia de células nervosas, ou neurônios, que respondem à luz, usando moléculas chamadas opsins. Como sorvete, opsins vêm em muitos sabores, há rodopsina no olho humano e halorodopsina em bactérias, por exemplo, mas todos eles compartilham uma característica fundamental: eles mudam de forma quando expostos à luz.

Ao encontrar maneiras de implantar opsins em neurônios, Han, professora assistente de engenharia biomédica na Faculdade de Engenharia, deu aos pesquisadores uma ferramenta simples para ligar e desligar os neurônios e, assim, estudar a sua função. A técnica é agora amplamente utilizada para estudar a atividade cerebral, e isto conduz a uma melhor compreensão das doenças e tratamentos.

Em abril de 2014, Han viajou para Washington, DC, onde o presidente Obama concedeu-lhe o Prêmio Presidencial Early Career para cientistas e engenheiros, a maior honraria do governo dos EUA para a ciência e profissionais de engenharia nas fases iniciais de suas carreiras de investigação independentes.

Boston Univerrsity (BU) Today falou recentemente com Han.

BU Today: Quem teve a idéia de usar a luz para ligar ou desligar neurônios?
Han: Usar a luz para controlar as células não é tão novo. Em nossa retina há todas essas rodopsinas que, naturalmente, são sensíveis à luz, mas não podemos facilmente projetar todo o sistema em neurônios. Assim, o novidade realmente foi sensibilizar os neurônios à luz de modo que eles sejam fáceis de usar.

Assim como eu me envolvi em tudo isso? Eu comecei o meu pós-doutorado na Universidade de Stanford em 2005, ao mesmo tempo que Ed Boyden, agora um professor associado do MIT, junto com Karl Deisseroth, usou esta molécula chamada canal. Eles a colocaram em neurônios, e foram capazes de conduzir atividades neurais com a luz. E a beleza da channelrodopsina é que é uma proteína muito pequena e é muito fácil de usar.

Em seguida, Ed e eu estavamos pensando, já que há uma tecnologia para excitar os neurônios, podemos também silenciá-los? Isso levou à descoberta de halorodopsina, o que permitiu-nos apenas fazer isso. Mas ele não faz isso muito bem. Quem sabe por quê? Estes são a partir de bactérias, e você está colocando-os em células de mamíferos. Essa é a complexidade da biologia.

Então dissemos, vamos encontrar um melhor. Examinamos um monte de proteínas semelhantes à halorhodopsins, e encontramos algumas outras que eram semelhantes, como “bombas” de prótons. Nós não pensamos que iria funcionar, mas pensamos que, você sabe o quê? Vamos jogar um par e ver o que acontece. E fizemos isso, e descobrimos que estas bombas de prótons são a forma mais eficaz em silenciar os neurônios. E mais importante, do que temos testado, é seguro para os neurônios. É uma poderosa ferramenta de engenharia que pode excitar ou silenciar neurônios agora.

São as ferramentas cada vez mais perto de serem usadas em pacientes?
Neste momento, o meu grupo está interessado em como, em uma doença como o mal de Parkinson, funciona na estimulação cerebral profunda. Há todas estas hipóteses sobre estimulação cerebral profunda e seus efeitos terapêuticos. Assim, a idéia é que se você usar a luz, então podemos entender o mecanismo e, simultaneamente, ver como os neurônios respondem e como eles estão contribuindo para a doença de Parkinson. Estes neurônios no cérebro de Parkinson tendem a oscilar ou sincronizar a uma freqüência de 20 hertz ou assim.

Todos os neurônios no cérebro, ou apenas os Parkinsonianos?
Os Parkinsonianos em uma parte específica do cérebro.

Todos os neurônios afetados com Parkinson em uma determinada parte do cérebro estão conversando entre si a 20 hertz?
Nem todos eles. Mas de alguma forma, mais pessoas estão conversando entre si do que o normal.

Isso é estranho.
Mas isso é o que as pessoas acham. Se você pensar sobre o Parkinson, em especial, é uma perda de neurônios de dopamina. Estamos tentando descobrir como esta perda de dopamina leva à geração dessas oscilações patológicas no cérebro. E então, qual é a relação dessas oscilações para os sintomas?

As outras doenças neurológicas têm diferentes oscilações patológicas?
Essa é uma ótima pergunta. Podemos estabelecer algum tipo de oscilações como biomarcadores de transtornos mentais específicos? Eu acho que isso é definitivamente uma área muito interessante. Há certa evidência de que uma freqüência de cerca de 40 hertz é associada com a esquizofrenia, mas uma compreensão coerente irá realmente ajudar.

Por que o interesse no Parkinson?
Eu acho que para o Parkinson, estamos em uma fase que as coisas estão convergindo. Há um modelo animal muito bom para o mal de Parkinson, e os sintomas podem ser facilmente quantificados, mais facilmente do que depressão ou outros tipos de transtornos mentais, como a esquizofrenia.

Você é casada com Ed Boyden, que também é líder em optogenética. Vocês dois colaboram?
Bem, nós ainda colaboramos. É difícil não colaborar, certo? Mas você sabe, nós temos duas crianças pequenas, por isso, assim que inicia uma conversa e alguém derrama o leite, a conversa não vai longe.

Você diz a seus filhos sobre o seu trabalho? Eles estão interessados​​?
Certamente existem termos científicos que usamos que nossa babá realmente não iria entender. Esta manhã, o meu filho estava perguntando-me como a Terra foi gerada. Eu disse a ele que a Terra estava aqui quando ele nasceu, e eu disse a ele que eu estava aqui, e então eu comecei a explicar-lhe um pouco. Não é tão difícil.

Onde você acha que estará o diagnóstico e tratamento de doenças neurológicas em 20 ou 30 anos a partir de agora? Como irá o seu trabalho se encaixar?
Muitas peças podem ser substituídas, mas quando se trata do cérebro, nós não chegamos lá ainda. Em Parkinson e Alzheimer, sabemos que os neurônios estão morrendo. Existe alguma substituição que podemos fazer? Se temos um biomarcador, provavelmente podemos começar a desenvolver terapias mais humanas. Então é isso que eu estou esperando: vamos tratar estes distúrbios antes que tenhamos idade suficiente para levar-nos a nós mesmos. Então, precisamos apressar. (original em inglês, tradução Google, revisão Hugo) Fonte: BU Today.