Pesquisadores da Johns Hopkins Medicine relataram que identificaram como os cérebros dos mamíferos constroem redes intrincadas de tubos minúsculos que transportam toxinas para dentro e fora das células cerebrais, de maneira semelhante aos tubos pneumáticos que movimentam itens em fábricas e lojas.
Os experimentos, que utilizaram camundongos geneticamente modificados e ferramentas avançadas de imagem, contaram com o apoio dos Institutos Nacionais de Saúde e foram publicados em 2 de outubro na revista Science. Segundo a equipe, essa descoberta pode aprofundar a compreensão científica de como doenças neurodegenerativas, como o Alzheimer, se desenvolvem, oferecendo possíveis caminhos para novos tratamentos.
No estudo, os cientistas observaram que esses tubos microscópicos, conhecidos como nanotubos, se formaram principalmente para ajudar os neurônios a expulsar pequenas moléculas tóxicas, como a amiloide-beta. Essa proteína pode se agrupar 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 transmitir essa molécula tóxica a uma célula vizinha”, afirma o autor correspondente Hyungbae Kwon, professor associado de neurociência na Escola de Medicina da Universidade Johns Hopkins. “Infelizmente, isso também resulta na propagação de proteínas prejudiciais para outras áreas do cérebro.”
Com o auxílio de microscópios potentes e imagens de células ao vivo, a equipe observou como os neurônios criaram extensões longas e finas entre seus dendritos — as projeções ramificadas que conectam as células cerebrais. Esses “nanotubos dendríticos”, como os pesquisadores os chamam, pareciam transportar moléculas prejudiciais de um neurônio para outro.
“As estruturas longas e finas desses nanotubos dendríticos ajudam a transferir informações rapidamente de neurônio para neurônio”, diz Kwon. “Esses nanotubos podem transportar cálcio, íons ou moléculas tóxicas, e são ideais para enviar informações a células que estão longe.”
Simulações por computador do processo refletem os estágios iniciais da acumulação de amiloide, ou “amiloidose inicial”, e revelaram o que os pesquisadores descreveram como uma “camada de conectividade nanotubular”, que adiciona uma nova dimensão à interação entre as células do cérebro.
Kwon observa que esses insights poderiam ajudar os cientistas a aprimorar suas abordagens para tratar o 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 visualizar os nanotubos em detalhes notáveis e acompanhar como eles moviam materiais entre os neurônios.
Em seguida, compararam essas amostras com tecidos cerebrais de camundongos geneticamente projetados para desenvolver acúmulos de amiloide semelhantes aos do Alzheimer.
A equipe descobriu que os camundongos com doença de Alzheimer tinham um número aumentada de nanotubos em seus cérebros aos três meses de idade, quando estavam sem sintomas, em comparação com camundongos normais da mesma idade. Aos seis meses, o número de nanotubos nos camundongos normais e nos afetados pela doença começou a se igualar.
Ao analisar neurônios humanos (coletados com permissão de um banco de dados público de microscopia eletrônica), os cientistas identificaram nanotubos com morfologia semelhante a aqueles que se formavam entre neurônios, da mesma forma que se desenvolveram nos camundongos em laboratório.
Em experimentos futuros, Kwon afirmou que a equipe se concentrará em saber se existem redes de nanotubos em maior escala em tipos de células além dos neurônios do cérebro. Eventualmente, ele pretende desenhar um experimento em que os pesquisadores criem um nanotubo para observar como isso afeta o estado das células.
Com esse conhecimento, Kwon acredita que há a possibilidade de um dia regular a produção de nanotubos para proteger o cérebro.
“Ao projetar um tratamento potencial baseado neste trabalho, podemos direcionar como os nanotubos são produzidos — aumentando ou diminuindo sua formação — de acordo com o estágio da doença”, diz Kwon.
O financiamento para esta pesquisa foi fornecido pelos Institutos Nacionais de Saúde (DP1MH119428 e R01NS138176).
Pesquisadores adicionais que participaram do 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.
