Pesquisadores da Johns Hopkins Medicine relatam que identificaram como os cérebros mamíferos constroem redes intrincadas de pequenos tubos que movem toxinas para dentro e para fora das células cerebrais, de maneira semelhante aos tubos pneumáticos que enviam itens em sistemas de fábricas e lojas.
Os experimentos, que utilizaram camundongos geneticamente modificados e ferramentas avançadas de imagem, foram apoiados pelos Institutos Nacionais de Saúde e publicados em 2 de outubro na revista Science. De acordo com a equipe, a descoberta pode aprofundar a compreensão científica de como a doença de Alzheimer e outros distúrbios neurodegenerativos se desenvolvem, oferecendo potenciais caminhos para novos tratamentos.
No estudo, os cientistas observaram que esses tubos microscópicos, conhecidos como nanotubos, formaram-se principalmente para ajudar os neurônios a expulsar pequenas moléculas tóxicas, como a amiloide-beta. Esta proteína pode se agregar em placas adesivas, uma das características definidoras da doença de Alzheimer.
“As células precisam se livrar de moléculas tóxicas e, ao produzir um nanotubo, podem então transmitir essa molécula tóxica para uma célula vizinha”, afirma o autor correspondente Hyungbae Kwon, professor associado de neurociência na Escola de Medicina da Johns Hopkins University. “Infelizmente, isso também resulta na propagação de proteínas prejudiciais para outras áreas do cérebro.”
Com a ajuda de potentes microscópios e imagens de células vivas, a equipe acompanhou o processo em que os neurônios criaram extensões longas e delgadas entre seus dendritos — as projeções ramificadas que conectam as células cerebrais. Esses “nanotubos dendríticos”, como os pesquisadores os chamam, pareciam transportar moléculas nocivas de um neurônio para outro.
“As longas e finas estruturas semelhantes a colunas desses nanotubos dendríticos ajudam a transferir informações rapidamente de neurônio para neurônio”, diz Kwon. “Esses nanotubos podem transportar cálcio, íons ou moléculas tóxicas, sendo ideais para enviar informações para células que estão longe.”
Simulações computacionais do processo refletiram os estágios iniciais da acumulação de amiloide, ou “amiloidose precoce”, e revelaram o que os pesquisadores descrevem como uma “camada de conectividade nanotubular” que adiciona uma nova dimensão à interação entre as células cerebrais.
Kwon observa que esses insights podem ajudar os cientistas a refinarem abordagens para tratar a doença de Alzheimer e condições semelhantes.
Para explorar o fenômeno, os pesquisadores coletaram pequenas amostras de tecido cerebral de camundongos saudáveis e as examinaram com microscopia de alta resolução, permitindo que visualizassem os nanotubos em detalhes notáveis e rastreassem como eles moviam materiais entre os neurônios.
Em seguida, compararam essas amostras com tecido cerebral de camundongos geneticamente modificados para desenvolver acúmulo de amiloide semelhante ao de Alzheimer.
Os pesquisadores afirmam que os camundongos com doença de Alzheimer apresentaram um aumento no número de nanotubos em seus cérebros aos três meses de idade, quando estavam assintomáticos, em comparação com camundongos normais da mesma idade. Ao atingirem seis meses de idade, o número de nanotubos nos camundongos normais e aqueles com Alzheimer começou a se igualar.
Ao investigar mais de perto os neurônios humanos (amostrados com permissão de um banco de dados de microscopia eletrônica de acesso público), os cientistas identificaram nanotubos com morfologia semelhante formando-se entre neurônios da mesma forma que os camundongos de laboratório os desenvolveram.
Em experimentos futuros, Kwon afirma que a equipe se concentrará em se redes de nanotubos em maior escala existem em tipos de células além dos neurônios no cérebro. No final, ele pretende projetar um experimento em que os pesquisadores criem um nanotubo para ver como ele afeta o estado das células.
Com tal conhecimento, Kwon diz que existe a possibilidade de um dia aumentar ou diminuir a produção de nanotubos para proteger o cérebro.
“Ao desenhar um potencial tratamento com base nesse trabalho, podemos direcionar como os nanotubos são produzidos — aumentando ou diminuindo sua formação — dependendo do estágio da doença”, afirma Kwon.
O financiamento para esta pesquisa foi fornecido pelos Institutos Nacionais de Saúde (DP1MH119428 e R01NS138176).
Os pesquisadores adicionais que conduziram o estudo são Minhyeok Chang, Sarah Krüssel, Juhyun Kim, Daniel Lee, Alec Merodio e Jaeyoung Kwon da Johns Hopkins; e Laxmi Kumar Parajuli e Shigeo Okabe da Universidade de Tóquio, Japão.
