Vendo com a luz: Como células nervosas obtidas por engenharia genética podem restringir a doença de Parkinson

Thursday, January 22, 2015 - A terapia com células-tronco para a doença de Parkinson tem mostrado grande promessa em estudos em animais e está mais perto de se tornar uma opção para as pessoas afetadas por esta condição neurológica devastadora. Mas antes que possam avançar a partir de modelos animais para testes em humanos, os pesquisadores precisam aprender mais sobre como funciona a terapia.

No Memorial Sloan Kettering o biólogo de células-tronco Lorenz Studer e seus colegas deram um passo fundamental nesse sentido com o seu mais recente estudo, que fornece uma visão sem precedentes sobre os cérebros dos camundongos tratados com células-tronco modificadas. Usando optogenética - uma ferramenta que controla células por um raio de luz sobre elas - eles foram capazes de decifrar como essas células transplantadas funcionam no cérebro.

"A optogenética teve um enorme impacto na neurobiologia ao longo dos últimos anos, permitindo que os pesquisadores estudem como as partes do cérebro interagem umas com as outras", diz Dr. Studer. "Mas, que eu saiba ninguém mais tem usado esta tecnologia para descobrir como as células atuam recém-enxertadas na função cerebral. Agora nós temos uma maneira de entender como as células realmente funcionam. "

Fabricação de células-tronco
Durante mais de uma década, o laboratório do Dr. Studer tem-se centrado no desenvolvimento de células estaminais embrionárias como um tratamento para a doença de Parkinson, uma doença degenerativa causada pela perda de neurônios no cérebro que produzem o hormônio dopamina. O Dr. Studer e seus colegas criaram métodos para persuadir as células-tronco embrionárias - que têm o potencial de formar qualquer tipo de célula do corpo - a se tornarem neurônios de dopamina, orientando o seu desenvolvimento.

Usando ratos de laboratório com um tipo de doença de Parkinson, os investigadores demonstraram que a transplantar esses neurônios nos cérebros dos ratos alivia os sintomas relacionados com o movimento - tais como agitação e dificuldade de movimentação - que caracterizam a doença.

"Quando colocamos essas células no cérebro de animais com Parkinson, o que leva cerca de quatro ou cinco meses, mas finalmente o animal se recupera de seus déficits de movimento", explica o Dr. Studer. "Isso é emocionante, mas a questão tem sido, como é que as células fazem isto? Será que elas induzem as células de dopamina restantes no cérebro a funcionar melhor? Será que elas executam algum tipo de função de sinalização? Ou será que elas realmente integram-se na rede do animal hospedeiro e começam a agir como uma nova parte do cérebro? Esta técnica permite-nos responder a essas perguntas. "

Usando optogenética para olhar dentro do cérebro
No presente estudo, que foi publicado no início deste mês na revista Nature Biotechnology, a equipe introduziu um interruptor genético nas células-tronco derivadas de neurônios de dopamina, que permitiria aos cientistas transformar o disparo de células nervosas ligado ou desligado à vontade expondo-as a luz. Esta manipulação é a base da Optogenética.

A equipe, incluindo pesquisadores da Universidade de Columbia e da Universidade de Stanford, foi capaz de mostrar que uma vez que os ratos tinham totalmente se recuperado de seus sintomas da doença motora após o transplante, da doença de Parkinson, voltando novamente em poucos minutos, quando os cientistas acendiam uma luz de laser que inativavam as células recém-transplantados. Quando a luz era desligada, os animais ficavam totalmente recuperados, mais uma vez.

"É bastante notável a demonstração de que as células enxertadas precisam ser constantemente ativadas através de disparo neuronal para fornecer o benefício terapêutico para os animais", diz Dr. Studer. "Também mostrou que esta atividade neuronal está associada a um aumento da libertação de dopamina a partir das células enxertadas, indicando que estas células implantadas verdadeiramente integram o cérebro do animal."

Avançando para testes em humanos
"Nosso pensamento no desenvolvimento desta pesquisa foi que, se você estiver indo para o tratamento de pacientes com esses neurônios, você deve primeiro ser capaz de provar exatamente como esses enxertos de nervos trabalham, diz Julius Steinbeck, um pesquisador de pós-doutorado no laboratório do Dr. Studer que era o primeiro autor do estudo.

"Entender como funciona esse tratamento também irá nos ajudar a antecipar possíveis efeitos colaterais antes de passar isso em estudos humanos", acrescenta.

"Ainda há mais para aprender a partir do estudo dessas células implantadas," o Dr. Studer conclui. "Pretendemos continuar a utilizar esta ferramenta para obter mais detalhes sobre como as células enxertadas funcionam." (original em inglês, tradução Google, revisão Hugo) Fonte: Memorial Sloan Kettering.

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.

Notícias no Globo G1 de ontem

Secretários de Saúde do NE pedem centralização na compra de remédios.

Neurologista tira dúvidas sobre o Mal de Parkinson. (vídeo)

Uma ideia brilhante para ajudar no estudo do cérebro.

Nanotecnologia / Fonte de luz 3D para o cérebro

26/11/2012 - Luz para o cérebro
Medicamentos podem alterar o funcionamento das células, mas de forma generalizada e sem nenhum controle temporal - não se pode desligar um medicamento se algo começar a dar errado.

Isso é possível com os implantes neurais, mas eles têm o inconveniente de usar eletrodos que, além de literalmente espetar o cérebro, atingem todos os tipos de células na região do implante.

As coisas podem ser um pouco mais seletivas, menos invasivas e mais controláveis com a optogenética, quando as células são ativadas por luz.

E poderá ficar ainda melhor com a criação de um microcomponente que permite disparar a luz para tipos específicos de células neurais em qualquer ponto de um espaço 3D do cérebro.

Interruptores de luz
Anthony Zorzos e seus colegas do MIT criaram "interruptores de luz" que prometem ajudar a entender melhor como o cérebro funciona e, no futuro, substituir os chips neurais por sensores e atuadores que disparem e coletem sinais para os neurônios de forma seletiva, usando diferentes cores de luz.

Iluminando áreas precisas do cérebro, os cientistas podem ativar ou desativar grupos específicos de neurônios para pesquisar doenças como epilepsia ou Mal de Parkinson.

"Você pode ver uma atividade neural no cérebro associada com comportamentos específicos. Mas isto é importante? Ou é simplesmente uma cópia passiva de uma atividade importante localizada em outro lugar?" pergunta o professor Edward Boyden, coordenador da pesquisa.

"Não há forma de saber a resposta se você ficar simplesmente olhando," acrescenta ele. (segue...) Fonte: Inovação Tecnológica.

Editado com LibreOffice Writer

Optogenética: cientistas querem controlar os neurônios com a luz

11/08/2012 - Controlar o comportamento de um macaco com uma luz azul. Esse feito pode parecer esdrúxulo para quem não entende o seu significado. O estudo que apresentou esse resultado, publicado no dia 26 de julho, na revista Current Biology, abre caminho para uma análise mais acurada dos neurônios e, no futuro, para o tratamento de doenças neurológicas em seres humanos. Espera-se que a optogenética, como é chamada essa área, possa tratar mal de Parkinson, epilepsia, depressão, distúrbios obsessivos-compulsivos e outros problemas neurológicos. (...)

Muita luz ainda será necessária para que a optogenética evolua do macaco para o homem. No futuro, a técnica de controle de neurônios através da luz poderá ajudar a curar doenças como epilepsia, mal de Parkinson, dependência química e outras disfunções neurológicas. Para Vanduffel, esse tipo de avanço está muito distante. "Mas eu não tenho uma bola de cristal", admite. Fonte: Olhar Direto.

Cientistas controlam atividade de neurônio

Transtornos de ansiedade e doenças como Parkinson poderiam se valer de tratamentos baseados na nova técnica

22/05/2011 - O tratamento contra ansiedade já não exige anos de comprimidos ou psicoterapia. Pelo menos não para um grupo de ratos modificados pela bioengenharia.

Num estudo recentemente publicado na revista “Nature”, uma equipe de neurocientistas transformou essas amedrontadas presas em exploradores audazes – com o toque de um botão.

O grupo, liderado por Karl Deisseroth, psiquiatra e pesquisador em Stanford, empregou uma nova tecnologia, chamada optogenética, para controlar a atividade elétrica em alguns neurônios cuidadosamente selecionados.

Primeiro, eles projetaram esses neurônios para serem sensíveis à luz. Então, usando fibras óticas implantadas, eles piscaram uma luz azul numa via neural específica na amígdala cerebelosa, região do cérebro envolvida no processamento de emoções. E os ratos, que vinham se limitando aos cantos de seu confinamento, saíram em disparada pelo espaço aberto.

Embora tais ferramentas estejam bem longe de qualquer uso em humanos, cientistas afirmam que a pesquisa optogenética é emocionante por lhes oferecer um controle extraordinário sobre circuitos específicos do cérebro – e, com isso, novas percepções sobre uma série de doenças, entre elas a ansiedade e o mal de Parkinson. (...)

“Transtornos psiquiátricos provavelmente não se devem apenas a desequilíbrios químicos no cérebro”, afirmou Anderson. “Eles são mais do que uma enorme sacola de serotonina ou dopamina, cujas concentrações podem ser altas ou baixas demais. Em vez disso, os problemas provavelmente envolvem desarranjos de circuitos específicos, em regiões específicas do cérebro”. (...)

Agora que a técnica recebeu seus louros, laboratórios do mundo todo começaram a usá-la para compreender melhor o funcionamento do sistema nervoso e para estudar problemas como dores crônicas, mal de Parkinson e degeneração da retina.

Algumas das percepções obtidas com esses experimentos em laboratório já estão abrindo caminho à prática clínica.

O Dr. Amit Etkin, psiquiatra e pesquisador de Stanford que colabora com Deisseroth, está tentando traduzir as descobertas sobre ansiedade em roedores para aprimorar a terapia humana com ferramentas existentes. Usando a simulação magnética transcraniana, técnica muito menos específica que a optogenética mas com a vantagem de não ser invasiva, Etkin busca ativar o correspondente humano dos circuitos da amídala que reduziram a ansiedade nos ratos de Deisseroth.

O Dr. Jamie Henderson, seu colega no departamento de neurocirurgia, já tratou mais de 600 pacientes de Parkinson usando um procedimento padrão chamado estimulação cerebral profunda. O tratamento, que requer o implante de eletrodos de metal numa região do cérebro chamada núcleo subtalâmico, melhora a coordenação e ajusta o controle motor. Mas também causa efeitos colaterais, como contrações musculares involuntárias e vertigens, talvez porque ativar eletrodos no interior do cérebro também ativa circuitos alheios.

“Se pudéssemos descobrir como ativar apenas os circuitos que oferecem benefícios terapêuticos sem mexer naqueles que causam os efeitos colaterais, obviamente seria algo bastante útil”, disse Henderson.

Além disso, como ocorre em qualquer cirurgia invasiva do cérebro, implantar eletrodos traz riscos de infecção e hemorragia fatal. E se, em vez disso, você pudesse estimular a superfície cerebral? Uma nova teoria sobre o grau em que essa estimulação afeta os sintomas de Parkinson, baseada no trabalho de optogenética em roedores, sugere que isso poderia funcionar.

Recentemente, Henderson iniciou testes clínicos em pacientes humanos e espera que essa abordagem também possa tratar outros problemas associados ao Parkinson, como distúrbios de fala.

No prédio ao lado, Krishna V. Shenoy, pesquisador em neurociência, está trazendo a optogenética para trabalhar com primatas. Estendendo o sucesso de uma iniciativa similar, conduzida por um grupo do MIT dirigido por Robert Desimone e Edward S. Boyden, ele recentemente inseriu opsinas no cérebro de macacos rhesus. Eles não apresentaram efeitos nocivos dos vírus ou das fibras óticas e a equipe conseguiu controlar neurônios selecionados usando a luz.

Segundo Shenoy, que integra um empenho internacional financiado pela Defense Advanced Research Projects Agency, a optogenética promete novos dispositivos que poderiam, eventualmente, tratar lesões cerebrais traumáticas e equipar veteranos de guerra feridos com próteses neurais. (segue...) Fonte: Revista Exame.