AULA MAGNA - PRINCÍPIOS DE NEUROCIÊNCIAS E COMPORTAMENTO

O curso de Biomedicina da Universidade Metodista convida para a aula magna do módulo "Princípios de Neurociências e Comportamento"

Títulos: "As histórias do cérebro: ideias, ciência e a fundação recente das neurociências."

Palestrante: Prof. Dr. Luiz Henrique Santana

Mini Currículo do Palestrante: Psicólogo (UFPA, 2014). Mestre em Neurociência e Cognição (2016). Doutorando em Psicologia Experimental pela USP e colaborador do Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology. Colunista do site de divulgação científica em psicologia Comporte-se e Revisor Ad hoc da Revista Brasileira de Terapia Comportamental e Cognitiva.

Local: Auditório do Campus Planalto

Data: 07/02/2018 das 19:30 h às 21:00h

Uma chave para entrar no cérebro

Nanomaterial à base de carbono pode facilitar a chegada de medicamentos ao sistema nervoso central

Não é fácil fazer um medicamento chegar ao cérebro. Os vasos sanguíneos que irrigam o sistema nervoso central são revestidos por uma estrutura especial composta por três tipos de célula que, em conjunto, atuam como um filtro muito seletivo. Chamada de barreira hematoencefálica, essa estrutura só permite a passagem de alguns compostos necessários para o funcionamento cerebral adequado, como nutrientes, hormônios e gases. Essa seletividade protege o sistema nervoso central de moléculas tóxicas encontradas no sangue e também impede que um fármaco consumido por via oral ou injetado na corrente sanguínea atinja o cérebro, mesmo quando isso é necessário. Na Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), o grupo liderado pela bióloga Maria Alice da Cruz-Höfling testa atualmente a possibilidade de usar o óxido de grafeno reduzido – um composto nanoestruturado formado por átomos de carbono – para abrir a barreira e fazer certos medicamentos chegarem ao cérebro com menos efeitos colaterais do que os provocados por compostos atualmente em uso.

Os testes iniciais com o óxido de grafeno reduzido foram promissores. Experimentos feitos com células e com animais de laboratório indicam que ele abre temporariamente a barreira e, nas doses avaliadas, aparentemente não é tóxico para o organismo. “Trabalhamos com esse composto porque os nanomateriais da família do grafeno mostravam potencial para interagir com o sistema nervoso, já que o grafeno é um excelente condutor elétrico e as células neurais se comunicam por meio de impulsos elétricos”, explica a farmacêutica e bioquímica Monique Mendonça, pesquisadora em estágio de pós-doutorado no Instituto de Biologia da Unicamp e primeira autora dos artigos que descreveram esses resultados, publicados em 2015 e 2016 no Journal of Nanobiotechnology e na Molecular Pharmaceutics.

Constituído por uma única camada de átomos de carbono organizados em hexágonos regulares, o grafeno é 200 vezes mais resistente do que o aço e um dos melhores condutores elétricos conhecidos. O grafeno puro, porém, tem aplicações biológicas limitadas por ser pouco solúvel em água. Já o óxido de grafeno reduzido dilui-se em água e preserva propriedades elétricas similares às do grafeno.

Monique conheceu o óxido de grafeno reduzido em 2013, em uma conversa com pesquisadores do Laboratório de Nanoengenharia e Diamantes da Faculdade de Engenharia Elétrica e Computação (FEEC) da Unicamp, e decidiu avaliar o seu potencial de atravessar a barreira. “Adaptamos o processo de produção desse material para sintetizá-lo sem a necessidade de processos químicos intermediários e aumentar o seu grau de pureza para cerca de 99%”, conta o pesquisador Helder Ceragioli, da FEEC. Os métodos de produção descritos na literatura científica costumam deixar impurezas (átomos de ferro, tungstênio ou níquel) que podem ser tóxicas. Segundo as previsões teóricas, quanto mais puro o óxido reduzido de grafeno, menor o risco de causar danos aos tecidos vivos.

Nos experimentos, Monique injetou o óxido de grafeno reduzido na circulação sanguínea de ratos e, usando técnicas que permitem o rastreamento do composto no organismo, observou que uma hora mais tarde ele já havia penetrado em estruturas cerebrais como o hipocampo e o tálamo. Por detectar uma redução no nível das proteínas que mantêm unidas as células que revestem os vasos sanguíneos, ela concluiu que o óxido de grafeno reduzido havia aberto a barreira ao criar espaço entre as células que a formam. Monique notou ainda que, algumas horas após a injeção do composto, a barreira voltava a se fechar. O grupo da Unicamp atualmente investiga os possíveis mecanismos bioquímicos que seriam ativados nas células para abrir a barreira.

Neurônios preservados

Sete dias após a aplicação, a maior parte do composto já havia sido eliminada do organismo, sugerindo que não tende a se acumular e tornar-se tóxico às células. Outros exames constataram que não houve morte neuronal nos roedores tratados e que a morfologia do cérebro permaneceu intacta. O material também não produziu danos nas células sanguíneas nem em órgãos como o fígado e os rins. Além disso, o óxido de grafeno reduzido parece ter vantagens sobre compostos como o manitol, usado pelos médicos para abrir a barreira hematoencefálica.

“O óxido de grafeno reduzido é potencialmente mais seguro que o manitol, que altera o fluxo de líquidos no sistema nervoso central e pode deixar os neurônios suscetíveis a danos, além de prejudicar o funcionamento dos rins”, comenta o médico Licio Velloso, professor da Faculdade de Ciências Médicas (FCM) da Unicamp. Velloso atualmente investiga alterações no organismo que mudam a permeabilidade da barreira e considera o óxido de grafeno reduzido um candidato promissor a desempenhar essa função. “No entanto”, ele pondera, “o uso farmacológico das nanopartículas ainda está em fase inicial e são necessários mais estudos para verificar se elas causam efeitos colaterais no longo prazo”.

“Os resultados obtidos até agora indicam que o óxido de grafeno reduzido tem potencial para transportar medicamentos até o cérebro ou para abrir a barreira e permitir que outros transportadores levem os fármacos até lá”, conta Maria Alice, que começou a investigar formas de abrir a barreira hematoencefálica há 20 anos, quando estudava o efeito do veneno de aranhas do gênero Phoneutria, as armadeiras. “Como pessoas picadas por essas aranhas apresentavam sintomas neurotóxicos, pressupus que o veneno poderia atravessar a barreira”, lembra. Mais tarde ela verificou que doses baixas abriam a barreira em ratos. Com a dificuldade de isolar o componente do veneno responsável por esse efeito, Maria Alice passou a testar outros compostos.

Apesar dos resultados animadores, é cedo para dizer se o óxido de grafeno reduzido poderá ser usado na prática clínica. Antes, é preciso avaliar se ele é seguro para seres humanos e se, de fato, permite a chegada de outros compostos ao cérebro de forma mais eficaz.

Projeto

Óxido de grafeno e sistema nervoso central: Avaliação dos efeitos na barreira hematoencefálica e perfil nanotoxicológico (nº 12/24782-5); Modalidade Bolsa de Doutorado; Pesquisadora responsável Maria Alice da Cruz Höfling (Unicamp); Bolsista Monique Culturato Padilha Mendonça; Investimento R$ 135.835,83 e R$ 31.276,24 (Bepe).

Artigos científicos

MENDONÇA, M. C. P. et al. PEGylation of reduced graphene oxide induces toxicity in cells of the blood-brain barrier: An in Vitro and in Vivo Study. Molecular Pharmaceutics. v. 13 (11). 18 out. 2016.

MENDONÇA, M. C. P. et al. Reduced graphene oxide: Nanotoxicological profile in rats. Journal of Nanobiotechnology. v. 14 (53). 24 jun. 2016.

MENDONÇA, M. C. P. et al. Reduced graphene oxide induces transient blood-brain barrier opening: An in vivo study. Journal of Nanobiotechnology. v. 13 (78). 30 out. 2015.

DE PAULA LE SUEUR, L. et al. Breakdown of the blood-brain barrier and neuropathological changes induced by Phoneutria nigriventer spider venom. Acta Neuropathologica. v. 105 (2), p. 125-34. fev. 2003.

Fonte: Revista Fapesp on line jun/2017

Por:  Ricardo Aguiar 

Estudo revela como o cérebro de predadores organiza a caça

Em artigo na Cell, pesquisadores demonstraram que o núcleo central da amígdala é a região responsável por articular as diferentes habilidades envolvidas na perseguição e no abate de presas

© WIKIMEDIA COMMONS

A caça predatória, da qual muitos animais selvagens dependem para sobreviver, é considerada por estudiosos do cérebro um comportamento complexo, pois envolve diferentes habilidades que precisam ser exercidas de maneira eficiente e articulada para que o predador obtenha sucesso.

Por meio de experimentos com camundongos, pesquisadores brasileiros e norte-americanos conseguiram demonstrar que uma região cerebral conhecida como núcleo central da amígdala é a responsável por organizar as ações envolvidas na caça predatória. Mostraram ainda que isso ocorre por meio de duas redes neuronais distintas: uma que organiza a perseguição e a captura da presa e, outra, o controle motor da mandíbula e do pescoço necessário para que o predador consiga desferir a mordida fatal.

Os resultados do estudo, apoiado pela FAPESP, foram divulgados  quinta-feira (12/01) na revista Cell.

“A maneira modular pela qual o controle é exercido é relevante. O trabalho dá detalhes novos sobre o controle neural de músculos craniofaciais, o que pode contribuir para o entendimento de patologias que afetam essa região. Além disso, aplicações práticas no campo da engenharia, especialmente no que se refere ao desenvolvimento de algorítmica robótica, estão sendo consideradas”, disse Ivan de Araujo, professor de Psiquiatria da Escola de Medicina de Yale, nos Estados Unidos.

Em seu laboratório, Araujo se dedica a estudar as bases neurais do comportamento alimentício de mamíferos. A parceria com o professor Newton Canteras, do Instituto de Ciências Biomédicas da Universidade de São Paulo (ICB-USP), surgiu devido ao interesse em compreender como é controlada a busca de alimentos em condições próximas às enfrentadas na natureza. Em trabalhos anteriores, o grupo do ICB-USP havia mostrado que uma forte ativação do núcleo central da amígdala ocorria quando o animal estava caçando.

“Considerando a experiência de Canteras em comportamento de caça e a visita de membros de seu grupo a meu laboratório, resolvemos aplicar o modelo de predação de insetos a camundongos geneticamente modificados”, contou Araujo.

Parte do trabalho foi feita durante o pós-doutorado de Simone Motta e o doutorado de Miguel Rangel – ambos bolsistas da FAPESP e orientandos de Canteras. Também colaborou a professora aposentada do Departamento de Fisiologia do ICB-USP Sara Shammah-Lagnado.

Interrogando neurônios

Diversos experimentos e técnicas foram empregados com o intuito de “interrogar” os neurônios da amígdala central e, assim, descobrir as vias envolvidas no controle das ações da caça predatória. Conforme explicou Motta, uma das mais importantes foi a optogenética, que permite ativar e desativar neurônios quase instantaneamente por meio de estímulos luminosos.

“Por meio de um vetor viral, inserimos nos neurônios da região de interesse uma proteína que atua como receptor celular e faz com que esse neurônio passe a responder à luz. Dependendo do receptor inserido, o neurônio pode ser ativado ou desativado com o estímulo luminoso. Além disso, inserimos uma fibra óptica que leva o laser ao local. O tempo decorrido entre ligar ou desligar o laser e o neurônio ser ativado ou desativado é muito curto e, portanto, permite relacionar a função neuronal com o que estamos observando em termos comportamentais”, explicou Motta.

É possível usar a mesma lógica de modificação do neurônio por vetores virais para tornar o processo de ativação e desativação ainda mais específico – discriminando, por exemplo, neurônios glutamatérgicos (que liberam o neurotransmissor glutamato) e neurônios gabaérgicos (que secretam o ácido gama-aminobutírico).

“Alguns experimentos foram feitos com animais que expressavam a enzima Cre recombinase apenas em neurônios glutamatérgicos, por exemplo. Em seguida, inserimos um vírus Cre dependente que leva o receptor sensível à luz apenas àqueles neurônios marcados com a enzima. Assim, conseguimos ativar ou desativar apenas a população de neurônios glutamatérgicos para descobrir o que acontece”, disse Motta.

Outra possibilidade é causar a morte seletiva de uma determinada população de neurônios por meio da injeção de um vírus Cre dependente capaz de codificar uma proteína chamada caspase, que sinaliza para a célula entrar em apoptose (morte celular programada).

Todo esse conjunto de experimentos permitiu mapear as duas diferentes vias neuronais – ambas mediadas por neurônios gabaérgicos – que se complementam na organização da caça. Uma delas vai do núcleo central da amígdala para uma região do tronco cerebral conhecida como formação reticular pontina (PCRt, na sigla em inglês).

Ali estão neurônios que se projetam para a região motora do núcleo ambíguo do décimo primeiro par de nervos – que controla a movimentação da cabeça – e para a região motora do nervo trigêmeo – envolvido na movimentação da mandíbula.

“Os experimentos mostraram, por exemplo, que, se eliminarmos os neurônios que se projetam para a região motora do trigêmeo, o animal corre atrás da presa, mas não consegue dar a mordida necessária para fazer o abate. Por outro lado, continua a mastigar normalmente a ração oferecida no laboratório, mostrando que é outro circuito neuronal que controla esse comportamento alimentar”, contou Motta.

A segunda via parte do núcleo central da amígdala para a substância cinzenta paraquedutal (PAG, na sigla em inglês). Localizada no mesencéfalo, a PAG se projeta para a medula espinhal e orienta a corrida e a perseguição.

“Quando os neurônios dessa via foram eliminados, o tempo de latência para o animal começar a caçar aumentou fortemente. Porém, quando conseguia capturar a presa, ele a abatia sem dificuldades, pois a via da PCRt estava funcionando normalmente”, disse Motta.

Em outro experimento foi avaliada a força da mordida, que não se alterou quando foram eliminados neurônios da via PAG, mas diminuiu fortemente quando os neurônios da via PCRt foram mortos.

Quebra de paradigmaNa avaliação de Canteras, os resultados da pesquisa contribuem para quebrar um paradigma antigo na área de neurociências: o de que a amígdala central é a região responsável por organizar comportamentos relacionados ao medo – como, por exemplo, “congelar” diante de um predador maior ou virar de barriga para cima e demonstrar submissão a um membro hierarquicamente superior da mesma comunidade.

Nos experimentos iniciais, mostrou-se que, quando o núcleo central da amígdala era estimulado pela luz, em vez de surgirem comportamentos defensivos – que indicariam medo – os animais começavam a mastigar, mesmo sem ter qualquer alimento na boca.

“Mostramos agora, de forma cabal, que esse [núcleo central da amígdala] é um centro para organizar comportamentos de caça. E, nesse sistema, pode haver mecanismos que façam o animal parar de caçar em condições ambientais adversas. Então, o que antes se interpretou como medo, poderia ser apenas um sinal para o animal parar de caçar por falta de condições favoráveis”, avaliou Canteras.

Assista  o vídeo realizado pelo Núcleo de Divulgação Científica da USP no site abaixo:

https://www.youtube.com/watch?v=P6kuA9LVD1M&feature=youtu.be

Artigo científicoWENFEI, H et al. Integrated Control of Predatory Hunting by the Central Nucleus of the Amygdala. Cell. v. 168, p. 311-24. 12 jan. 2017

Fonte: Revista Fapesp on line - jan/2017 

Por: Karina Toledo

Uma gordura contra a obesidade

Ácidos graxos insaturados, como o ômega 3, promovem o nascimento de neurônios e talvez possam reverter danos ao cérebro de obesos

© LÉO RAMOS

Salmão e linhaça: alimentos ricos em gorduras insaturadas, como ômega 3, parecem combater inflamação cerebral associada ao ganho de peso

As reações do corpo humano à ingestão de dietas ricas em gorduras são complexas e marcadas por aspectos positivos e negativos. O coração é provavelmente o órgão em que os potenciais malefícios e benefícios dessa relação dual são mais conhecidos. Alguns tipos de ácidos graxos tendem a se depositar nos tecidos, elevar a pressão arterial e aumentar os riscos de problemas cardíacos. Esse é o caso das gorduras saturadas, encontradas na carne vermelha, em aves e derivados do leite integral, e das trans, produzidas a partir da modificação de óleos vegetais e usadas em grande parte dos alimentos processados industrialmente. Já outras formas de gordura, como as insaturadas, parecem contribuir para manter baixos os níveis de colesterol e da pressão e relativamente limpos os vasos sanguíneos. Nas últimas duas décadas, uma relação igualmente intrincada com os diferentes tipos de gordura começou a ser esmiuçada em outro órgão vital – o cérebro.

Novos estudos têm levantado indícios de que a obesidade, marcada geralmente por um consumo excessivo de gorduras saturadas e trans como parte de hábitos alimentares e de um estilo de vida pouco saudáveis, produziria uma inflamação contínua no hipotálamo. Os danos a essa região, que fica na base do cérebro e funciona como um sensor de nutrientes, levariam à morte dos neurônios responsáveis por controlar as sensações de fome e de saciedade e o gasto de energia. Assim, o mau funcionamento dos circuitos que regulam o comportamento alimentar – o indivíduo sente fome logo depois de uma farta refeição – contribuiria para perpetuar o ganho de peso. Esse é um dos efeitos deletérios possivelmente ocasionados pelo acúmulo de gorduras saturadas no sistema nervoso central. Um trabalho recente do Centro de Pesquisa em Obesidade e Comorbidades (OCRC, na sigla em inglês), um dos 17 Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão (Cepid) financiados pela FAPESP, sinaliza que o dano cerebral em animais obesos, alimentados com dietas ricas em gorduras saturadas, poderia ser parcialmente revertido por meio do consumo de alimentos ou compostos ricos em outro tipo de gordura, as insaturadas, basicamente as mesmas que são benéficas ao coração.

Pesquisadores do OCRC deram, de duas maneiras distintas, ácidos graxos insaturados da família dos ômega 3 para camundongos obesos e constataram a formação de novos neurônios no hipotálamo. Para um grupo de roedores, forneceram uma dieta rica em ômega 3, presente em grandes quantidades em algas, em peixes de água fria, como salmão e atum, e na linhaça. Para outro, injetaram ácido docosa-hexaenoico (DHA), ácido graxo poli-insaturado da família dos ômega 3, diretamente no hipotálamo. Um terceiro grupo recebeu apenas uma solução salina em sua dieta.

Oito semanas mais tarde, constataram o surgimento no hipotálamo de neurônios do tipo Pomc, que modulam a sensação de saciedade, nos roedores que se alimentaram de comida rica em ômega 3 e nos que receberam doses de DHA. O grupo de controle não apresentou formação de novos neurônios. “Esse é o primeiro trabalho que mostra neurogênese no hipotálamo induzida por um nutriente alimentar, como a dieta rica em ômega 3”, afirma o médico Lício Velloso, da Faculdade de Ciências Médicas da Universidade Estadual de Campinas (FCM-Unicamp), coordenador do centro e do estudo com os animais. “Talvez as gorduras insaturadas possam ser uma forma de minimizar a morte de neurônios causada pela inflamação do cérebro associada à obesidade.” O estudo foi publicado na revista científica norte-americana Diabetes em 28 de outubro de 2015.

Os pesquisadores conseguem identificar os novos neurônios, cuja formação foi estimulada pela dieta rica em ômega 3, entre os que já existiam no cérebro dos roedores porque usam um marcador celular para diferenciá-los. Eles administram nos animais um marcador de proliferação celular denominado BrdU, um nucleosídeo (uma base nitrogenada ligada a um açúcar) sintético análogo à timidina, que pode ser conjugado com um anticorpo fluorescente. Durante a síntese de DNA, o BrdU toma o lugar da timidina e se insere no material genético quando novas células são geradas. Dessa forma, o composto é uma ferramenta molecular útil para averiguar se há nascimento de neurônios no cérebro.

No experimento feito no OCRC, os pesquisadores geraram imagens da região do hipotálamo dos camundongos obesos obtidas por microscopia confocal. Nos animais em que não houve neurogênese, apareceram apenas células da cor vermelha, que representam os neurônios Pomc que já existiam nos roedores. Nos que produziram novos neurônios induzidos pela dieta rica em DHA, surgiram também pontos em verde, novas células nervosas marcadas pelo composto BrdU. “Avaliamos outras regiões do cérebro e a neurogênese estimulada pelo ômega 3 parece ocorrer predominantemente em certas áreas do hipotálamo”, diz o biólogo Lucas Nascimento, primeiro autor do estudo, que defendeu sua tese de doutorado sobre o tema no ano passado na Unicamp (atualmente ele faz estágio de pós-doutorado no Helmholtz Zentrum, na Alemanha). Os pesquisadores do Cepid também encontraram indícios de que o DHA estimularia a neurogênese ao interagir com duas proteínas, o fator de crescimento derivado do cérebro (BDNF) e o receptor de ácidos graxos GPR40. Quando inibiram a ação dessas duas proteínas no hipotálamo, a formação de novos neurônios diminuiu.

Barreira entre o cérebro e o sangue

As gorduras parecem exercer efeitos positivos ou negativos diretamente em certas regiões do cérebro porque, em mais situações do que se supunha, conseguem atravessar a barreira hematoencefálica. Esse é o nome dado ao sistema de proteção que evita a entrada no cérebro de substâncias consideradas exógenas ou potencialmente perigosas presentes no sangue. A barreira é semipermeável, deixa passar algumas substâncias e bloqueia outras, e reveste todos os vasos sanguíneos do cérebro. É formada por células endoteliais, cujas junções (o espaço existente entre duas células contíguas) são extremamente justas e reforçadas por astrócitos, células do cérebro com propriedades de suporte, 10 vezes mais abundantes do que os neurônios. Como regra geral, os estudiosos sempre pensaram que as gorduras do sangue não passavam pela barreira.

Mas essa percepção mudou nos últimos 10 anos. Em 2005, um artigo assinado por Velloso e colegas da Unicamp e da Universidade de São Paulo (USP), publicado na revista Endocrinology, foi um dos primeiros a sugerir que camundongos obesos apresentavam uma inflamação persistente no hipotálamo e desenvolviam resistência à insulina e à leptina, condições que abrem caminho para a ocorrência do diabetes. “Os neurônios dos animais que comeram uma dieta rica em gordura saturada paravam de responder a esses hormônios depois de algumas semanas”, afirma Velloso. A insulina é responsável por carregar a glicose para o interior das células, onde o açúcar é transformado em energia essencial à vida. A leptina induz a saciedade.

Essas alterações no hipotálamo são suficientes para criar um quadro que favoreceria a manutenção da obesidade e o surgimento de distúrbios geralmente associados ao ganho de peso, como o diabetes e os problemas cardíacos – e a raiz desse mau funcionamento seria a morte de neurônios provocada pela adoção permanente de dietas ricas em gorduras saturadas.

Extensão do dano cerebral 

Em trabalhos mais recentes, o grupo coordenado por Velloso e equipes de outros centros no exterior têm se dedicado a tentar caracterizar a extensão do dano cerebral causado por esse padrão de alimentação. Os pesquisadores acreditam que o consumo contínuo e excessivo de ácidos graxos saturados leva ao rompimento da barreira hematoencefálica em certas sub-regiões do hipotálamo. Desorganizado esse sistema de defesa do cérebro, ocorre a inflamação crônica e a eventual morte de neurônios do tipo Pomc. “Uma alteração pequena na barreira pode produzir efeitos no hipotálamo, região muito sensível do cérebro”, diz o neurologista Fernando Cendes, professor da FCM-Unicamp e coordenador do Instituto de Pesquisa sobre Neurociências e em Neurotecnologia (Brainn, na sigla em inglês), outro Cepid. Os estudos em que se avalia o hipotálamo de seres humanos por ressonância magnética são fruto de intensa colaboração entre os Cepids OCRC e Brainn.

Aparentemente, o impacto de uma dieta rica em gorduras saturadas ocorre em setores bem delimitados da base do cérebro. Um estudo feito pela farmacêutica Albina Ramalho, que faz parte de sua tese de doutorado a ser defendida no fim deste mês na FCM-Unicamp, encontrou indícios de que os danos à barreira hematoencefálica induzidos pelo ganho de peso se manifestam precocemente em uma região adjacente ao hipotálamo, a eminência média. “Esse é o primeiro lugar em que ocorre a desorganização da barreira”, diz Albina, que é orientada em sua pesquisa pela professora Eliana de Araújo e por Velloso. Após terem sido submetidos por quatro semanas a uma dieta com 30% de gordura saturada, os tanicitos, células alongadas da glia que fazem a ligação entre o sistema nervoso central e os capilares sanguíneos da barreira, apresentaram perda de coesão e linearidade. Em outras três regiões cerebrais próximas à eminência média, os efeitos deletérios da dieta hiperlipídica demoraram mais tempo para aparecer.

Há evidências de que os tanicitos são as células responsáveis por “decidir” o que passa pela barreira. Para reforçar a hipótese de que o consumo de alimentos com alto teor de gordura saturada desestrutura o sistema de defesa do cérebro na região do hipotálamo, Albina injetou também nos animais um tipo de açúcar que normalmente não atravessa a barreira conjugado com uma substância que emite fluorescência. Nos roedores submetidos à dieta hiperlipídica, o polissacarídeo furou a barreira e foi encontrado na eminência média e no hipotálamo.

© CHRIS GOLDBERG / FLICKR

Gorduras saturadas, presentes em carnes vermelhas, e do tipo trans, comuns em alimentos processados, alterariam o funcionamento dos sensores cerebrais da fome e da saciedade

Obesidade como doença

Uma das dificuldades óbvias dos estudos sobre o impacto de dietas ricas em gorduras no cérebro é tentar reproduzir em seres humanos os experimentos realizados com os animais. Afinal, para averiguar os impactos no sistema nervoso central é necessário sacrificar os camundongos ao final dos estudos e extrair seu cérebro. Essa limitação é parcialmente contornada com o emprego de técnicas de imagem não invasivas, como a ressonância magnética funcional, que permite ver a ativação de certas áreas do cérebro em tempo real. Um estudo de 2011 do grupo de Velloso, também publicado na revista Diabetes, sinaliza que o hipotálamo de indivíduos obesos mórbidos, ex-obesos (que se submeteram à cirurgia bariátrica, de redução do estômago) e magros reage de forma distinta a estímulos alimentares. Os magros se sentiam saciados mais rapidamente do que os obesos depois de terem recebido glicose. “Os que fizeram a cirurgia apresentaram um padrão intermediário de ativação do hipotálamo”, diz Velloso. “Mas não sabemos se isso se mantém ao longo do tempo porque muitos voltam a ganhar peso.”

O fisiologista José Donato Junior, pesquisador do Instituto de Ciências Biomédicas (ICB) da USP, elogia os resultados obtidos pelos colegas do Cepid OCRC. “Eles reforçam a ideia de que a obesidade não é resultado de um simples desleixo do indivíduo”, afirma Donato Junior, atualmente dedicado a estudar fatores de risco que levam as mulheres a engordar. “Ela deve ser vista como uma doença.” O pesquisador da USP, no entanto, faz algumas ressalvas. Os estudos com camundongos não podem ser simplesmente transpostos para a realidade humana. “Ninguém come uma dieta com 30% ou 40% de gordura saturada, como a oferecida aos camundongos nos estudos”, diz Donato Junior. “Mas essa crítica serve para os experimentos de todo mundo, inclusive os meus. Os modelos animais aceleram e exageram os processos metabólicos.”

As lesões no hipotálamo induzidas pelo consumo excessivo de gorduras saturadas devem estar associadas a muitos casos de obesidade, mas não a todos, pondera Donato Junior. A ação do neurotransmissor dopamina, de importância capital para o funcionamento do sistema de recompensa, pode estar por trás de uma parcela das ocorrências de indivíduos obesos. “A pessoa pode não ter lesão alguma no hipotálamo e simplesmente ser viciada em comer”, afirma ele.

Para o bioquímico brasileiro Marcelo Dietrich, pesquisador da Faculdade de Medicina da Universidade Yale, nos Estados Unidos, que também estuda os efeitos de dietas ricas em gorduras saturadas nos circuitos da fome e da saciedade no hipotálamo, não é uma tarefa simples determinar se a inflamação cerebral é causa ou consequência da obesidade. “O hipotálamo é visto como um circuito cerebral que deu certo e está presente em quase todos os mamíferos”, diz Dietrich. “Mas entre 7% e 10% dos casos de obesidade infantil são de origem genética e também ativam esse mesmo circuito.”

Ninguém dúvida de que vários fatores podem aumentar ou diminuir o risco de se tornar obeso, como o tipo de dieta, distúrbios metabólicos e genéticos e hábitos ligados ao estilo de vida (fazer ou não exercício regularmente, por exemplo). Também é sabido que se alimentar de produtos com muita gordura saturada ou trans engorda. E, como é hoje notório, ganhar peso em excesso aumenta o risco de diabetes, problemas cardíacos e câncer. A contribuição principal dos estudos do grupo de Velloso é reforçar o papel que os diferentes tipos de gordura – as saturadas e as insaturadas – parecem ter sobre o funcionamento do sistema regulador da fome, da saciedade e do gasto de energia localizado no hipotálamo. A exemplo do que fazem no coração, as gorduras “boas” aparentemente atenuam o dano cerebral associado à ingestão das gorduras “ruins”. “A inflamação cerebral pode até não ser a causa da obesidade, mas ela modula essa condição e ajuda a perpetuá-la”, diz o neurologista Fernando Cendes.

Projeto

Centro Multidisciplinar de Pesquisa em Obesidade e Doenças Associadas (nº 2013/07607-8); Modalidade Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão (Cepid);Pesquisador responsável Lício Velloso (FCM-Unicamp); Investimento R$ 14.579.597,41 (para todo o Cepid).

Artigos científicos

NASCIMENTO, L. F. R. et al. Omega-3 fatty acids induce neuro­genesis of predominantly Pomc-expressing cells in the hypothalamus. Diabetes. 28 out. 2015.

VAN DE SANDE-LEE, S. et al. Partial reversibility of hypothalamic dysfunction and changes in brain activity after body mass reduction in obese subjects. Diabetes. v. 60, n. 6, p. 1699-704. jun. 2011.

DE SOUSA, C. T. et al. Consumption of a fat-rich diet activates a proinflammatory response and induces insulin resistance in the hypothalamus. Endocrinology. v. 146. n. 10, p. 4192-9. out. 2005.

Fonte: Revusta Fapesp on line ed. 240 

Por: Marcos Piveta

A arte de parar em pé: Entender a comunicação entre nervos e músculos pode auxiliar na reabilitação de pessoas com doenças neurodegenerativas

© FABIO OTUBO

Um fato curioso para refletir enquanto estiver parado, em pé, em alguma fila: sem a atividade constante de nervos e músculos, o corpo desabaria como uma marionete largada por seu manipulador. Para ficar em pé, parado, não basta que os impulsos elétricos transmitidos pelo sistema nervoso ordenem aos músculos que permaneçam rígidos o tempo todo. Se fosse assim, o equilíbrio do corpo humano seria idêntico ao de um cabo de vassoura: qualquer perturbação – a mais leve brisa ou mesmo a respiração ou os batimentos cardíacos – levaria à queda. Manter-se ereto sobre duas pernas exigiria a habilidade de um equilibrista de circo, que tem de se movimentar para lá e para cá para sustentar um prato na ponta de uma vareta. No corpo humano uma parte do sistema nervoso central ordena, de modo automático, a contração e o relaxamento coordenados dos músculos da perna, deixando o cérebro livre para prestar atenção ao ambiente ou divagar sobre esse tipo de curiosidade.

“Embora não se perceba, ficar em pé é um desafio constante para o sistema nervoso”, explica André Fábio Kohn, engenheiro biomédico da Universidade de São Paulo (USP). Kohn e seus alunos de doutorado desenvolveram um novo modelo para descrever como uma porção da medula espinhal – o tecido formado por neurônios agrupados no interior de um canal que atravessa os ossos da coluna – coordena a contração e o relaxamento de músculos situados abaixo do joelho. São esses músculos que controlam as rotações do tornozelo, impedindo que o corpo parado em pé caia para a frente ou para trás.

O modelo da equipe de Kohn demonstra que a medula espinhal é poderosa o suficiente para receber os sinais elétricos indicadores da tensão dos músculos, processá-los e enviar de volta comandos para controlar essa tensão, com pouquíssima ajuda do cérebro. “Algumas pessoas pensam que a medula espinhal é como um cabo elétrico que se conecta com o cérebro, apenas um feixe de passagem, mas essa ideia é errada. Se o cérebro é o equivalente a um supercomputador, a medula espinhal seria um computador muito bom.”

Os músculos simulados pela equipe de Kohn apresentam o mesmo padrão de atividade elétrica – uma combinação de sinais contínuos e intermitentes – que neurofisiologistas e engenheiros biomédicos observaram em experimentos recentes com seres humanos. Um músculo de ação rápida, o gastrocnêmio, que, além de manter a postura, ajuda a saltar e correr, atua de maneira mais pulsada, intermitente, ativado de uma a duas vezes por segundo. Já um músculo mais lento, mas mais resistente à fadiga, o sóleo, tende a ser ativado de maneira quase contínua. “Alguns músculos respondem de modo contínuo, enquanto outros de maneira intermitente”, diz a médica Júlia Greve, do Instituto de Ortopedia e Traumatologia da Faculdade de Medicina da USP. Ela pesquisa terapias que auxiliam a recuperação de pacientes idosos ou com doenças neurodegenerativas com dificuldades de realizar movimentos e de manter a postura. “O controle do sistema nervoso sobre a sensibilidade dos músculos que Kohn modelou é uma função importante para a reabilitação dessas pessoas.”

“Quando se está em pé e se inclina um pouco para a frente, os músculos da panturrilha, o sóleo e o gastrocnêmio, se contraem, enquanto o da frente da perna, o tibial anterior, relaxa”, explica Júlia. Ao contrário, a musculatura da parte anterior da perna se contrai e a da panturrilha relaxa se a tendência é cair para trás. “Esse sincronismo é modulado em um mesmo segmento da medula espinhal; o sinal que manda um músculo contrair já faz o outro relaxar.”

Ela nota que o controle desses músculos representa apenas parte do sistema de controle postural. Para manter o corpo em certa posição, cada segmento da medula precisa de uma cópia do circuito de controle do tornozelo para os demais músculos do corpo. Além disso, a medula espinhal e o córtex motor, região cerebral responsável pelos movimentos conscientes, precisam trabalhar em conjunto para integrar as informações recebidas dos nervos ligados aos músculos com as vindas da visão, do tato e do sistema vestibular do ouvido interno, que dá a referência de onde a cabeça está em relação ao restante do corpo. “Sem essa noção, caímos”, ela diz.

Depois de algum tempo parado de pé, o corpo começa a usar outras estratégias para se equilibrar. Além da oscilação do tornozelo, o quadril passa a se mover e o apoio do peso a se concentrar ora mais em uma perna, ora em outra. “O sistema de controle postural humano é um mecanismo de extraordinária complexidade”, diz o especialista em biomecânica Daniel Boari, da Escola de Educação Física e Esporte da USP. Segundo ele, cerca de 750 músculos controlam os mais de 200 tipos de movimentos independentes que o corpo é capaz de realizar. “Cada grupo de pesquisa tem um ponto de vista um pouco diferente sobre os mecanismos neuromusculares que atuam nessas situações”, diz o engenheiro biomédico Robert Peterka, da Universidade de Saúde e Ciência do Oregon, nos Estados Unidos.

O engenheiro brasileiro Hermano Krebs, pesquisador do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), constrói e utiliza robôs com a intenção de auxiliar a fisioterapia de pacientes que perderam parte dos movimentos por lesões no sistema nervoso. Os robôs funcionam como fisioterapeutas automáticos, corrigindo os movimentos. Krebs trabalha com a equipe de Kohn em um projeto que, se der certo, permitirá que o novo modelo computacional seja usado para orientar terapias de reabilitação. “Para melhorar a reabilitação robótica, é importante olhar o problema sob vários pontos de vista, com experimentos e simulações”, diz ele.

“Não basta ser bom em matemática e computação para fazer esses modelos; é preciso estudar fisiologia e conhecer os trabalhos experimentais, de modo a melhorar a intuição sobre o problema”, diz Kohn. Ele começou a pesquisar a fisiologia do sistema nervoso ainda na graduação em engenharia elétrica na Escola Politécnica da USP, no final dos anos 1970. A origem de seu modelo para o controle da postura ereta remonta a 1994, quando passou um ano em um laboratório dos Institutos Nacionais de Saúde dos Estados Unidos. Ali, ele aprendeu a usar medições da atividade elétrica de nervos e músculos, registradas por eletrodos colocados na pele de voluntários, para deduzir por quais circuitos de neurônios os sinais elétricos são processados na medula espinhal.

Esses e outros experimentos revelaram que os neurônios não são simples elementos de circuitos elétricos que funcionam regularmente como relógios. Eles disparam sinais elétricos de forma abrupta e aleatória, que se refletem no movimento do corpo. Mesmo quando um soldado treina para marchar com passos regulares, há uma pequena variação no comprimento de seus passos. Mas, paradoxalmente, o movimento contínuo e suave de um músculo decorre da ação conjunta das centenas de neurônios ligados às fibras musculares, que, disparando de forma aleatória e levemente dessincronizada, suavizam a ação uns dos outros.

Combinando dados de seus experimentos e dos de outros pesquisadores, Kohn e Rogério Cisi, então seu aluno de doutorado, criaram em 2008 um modelo em computador da medula espinhal e de neurônios envolvidos no controle muscular. “Esse é o núcleo de nosso novo modelo”, explica Kohn. Em 2013, com dois outros doutorandos, Leonardo Elias e Renato Watanabe, ele expandiu o modelo de Cisi ao incluir descrições detalhadas dos músculos responsáveis por manter o tônus do tornozelo. O modelo leva em conta, por exemplo, órgãos sensitivos dos tendões e ligações entre fibras musculares e neurônios chamados de fusos musculares, que agem como sensores e informam ao sistema nervoso sobre o alongamento e a força sentida pelos músculos.

“Estamos cientes das limitações do modelo”, diz Kohn, reconhecendo a forma simplificada com que trata os elementos do sistema motor. Os dendritos, o corpo celular e o axônio de cada neurônio são representados por circuitos elétricos que incluem aspectos dinâmicos do funcionamento neuronal, o que permite reproduzir de modo mais realista a atividade de neurônios reais. A complexidade do entrelaçamento dos neurônios e das células musculares é também reduzida. Mas a simplificação mais radical é a do corpo humano como um todo, representado por uma barra fixa ao chão por uma junta móvel, que faz o papel do tornozelo. Nesse modelo, conhecido como pêndulo invertido, a barra permanece em pé pela ação compensatória do sóleo, do gastrocnêmio e do tibial anterior. “É simplificado, mas não é simples”, afirma Kohn sobre o modelo, que inclui a representação de milhares de neurônios e de 1 milhão de conexões (sinapses) entre eles em 5 mil equações matemáticas.

As simulações sugerem que o processamento de informação feito na medula espinhal consegue manter uma pessoa em pé por ao menos 30 segundos e com características parecidas com as de seres humanos saudáveis. De acordo com o modelo, a porção superior do sistema nervoso central, que inclui o cérebro, auxilia a atividade da medula ao enviar um sinal elétrico especial. “Imitamos como o sistema nervoso central, particularmente a medula espinhal, tenta processar, grosso modo, as respostas dos sentidos envolvidos em certo movimento”, diz Kohn.

“Acredito que Kohn tem o melhor modelo para representar o circuito entre a medula espinhal e os músculos”, diz Krebs, que planeja usar esse modelo às avessas. Seus robôs medem com precisão variações na estabilidade do tornozelo de uma pessoa em pé – essa estabilidade muda após um acidente vascular cerebral (AVC), porque os sinais enviados à medula espinhal diminuem. “Com menos sinal descendo, certas partes do tornozelo param de responder, já outras respondem de maneira mais ativa”, diz Krebs. “Quero fazer o inverso: colocar no modelo medidas da rigidez do tornozelo e usá-lo para descobrir como é o sinal enviado pelo cérebro à medula.”

Seria possível usar o modelo para uma terapia robótica ou projetar uma prótese que melhorasse o sinal elétrico emitido pelo cérebro de alguém com AVC? Ainda não, segundo Kohn. O maior problema é que o modelo tem muitas variáveis e, embora aja de modo natural, ainda não se entende como cada parte interage com outra. “Atualmente, o uso clínico é inviável”, admite Kohn. Krebs é mais otimista. “Cada vez que encontro Kohn, sua equipe está mais próxima dessa possibilidade.”

Artigo científico

ELIAS, L. A. et al. Spinal mechanisms may provide a combination of intermittent and continuous control of human posture: predictions from a biologically based neuromusculoskeletal model. PLOS Computational Biology. v. 10. nov. 2014.

Fonte: Revista Fapesp on line 228 2015 

Por: IGOR ZOLNERKEVIC

Liberdade aos oligômeros

© LETICIA FORNY-GERMANO / UFRJ

Oligômeros beta-amiloide (em vermelho): acumulados ao redor de neurônios no córtex cerebral de cinomolgos

© LETICIA FORNY-GERMANO / UFRJ

Emaranhados da proteína tau (em verde): comuns nos estágios avançados do Alzheimer e agora reproduzidos no cérebro de macacos

Novo modelo para o Alzheimer reproduz em macacos alterações  que a doença causa no cérebro humano 

Os pesquisadores tiveram uma surpresa quando injetaram no cérebro de macacos uma substância associada à origem da doença de Alzheimer em seres humanos. As moléculas migraram e se acumularam em áreas relacionadas à formação da memória, produzindo nas células as alterações típicas de estágios avançados desse mal. Essa constatação, importante para compreender o funcionamento da doença, é um alerta para a necessidade de usar primatas como modelo para se compreender como se instala o Alzheimer e testar possíveis tratamentos, segundo a neurocientista Fernanda De Felice, da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), coordenadora da pesquisa.

Em parceria com o grupo canadense da Queen’s University liderado pelo neurofisiologista Douglas Muñoz, Fernanda e sua equipe queriam conhecer como a enfermidade se instala em um cérebro saudável. Para isso, injetaram pequenos fragmentos (oligômeros) da proteína beta-amiloide, precursores dos danos celulares, no ventrículo lateral – uma das cavidades naturais do cérebro onde é produzido o líquido cefalorraquidiano, que banha o encéfalo – do cérebro dos animais. A ideia era não determinar um local para inserir a substância. “Queríamos dar liberdade aos oligômeros”, explica a pesquisadora.

Tanto em ratos como em macacos cinomolgos (Macaca fascicularis), os pesquisadores observaram que os oligômeros se acumulam no córtex frontal, no hipocampo e em áreas associadas à memória e a aspectos cognitivos, segundo artigo publicado em outubro no Journal of Neuroscience, cuja primeira autora é a bióloga Leticia Forny-Germano, do grupo da UFRJ. “As primeiras áreas afetadas na doença refletiram o que acontece em seres humanos”, diz Fernanda.

Experimentos feitos com células e roedores já haviam sugerido que os oligômeros beta-amiloide desempenham um papel central no desenvolvimento da doença, que causa perda de memória e demência irreversíveis (ver Pesquisa FAPESP nº 194). Faltava obter essa relação causal num modelo experimental que se aproximasse em complexidade do cérebro humano – até agora não se havia conseguido reproduzir no cérebro de primatas os danos que o Alzheimer causa em pessoas.

O mais importante no experimento, segundo Fernanda, foi observar nos ma-cacos danos semelhantes aos que acontecem no cérebro humano, como a perda de conexões (sinapses) entre as células cerebrais e as alterações na proteína tau, responsável pela formação de microtúbulos que estabilizam os prolongamentos dos neurônios. As proteínas tau alteradas formaram os emaranhados neurofibrilares, uma alteração típica de estágios avançados da doença. Os emaranhados neurofibrilares, comuns no cérebro humano e observados agora no dos macacos, não ocorrem no cérebro de roedores, em geral usados como modelo para o estudo do Alzheimer. “Não existem estudos mostrando o surgimento dos emaranhados só por ação dos oligômeros em roedores”, conta a pesquisadora carioca. “Agora, sem mutações, induzimos uma condição que é central na doença.”

Tau e beta

Alterações na proteína tau causadas pela proteína beta-amiloide também foram o foco de um estudo liderado por Rudolph Tanzi e Doo Yeon Kim, da Escola Médica de Harvard, publicado também em outubro na revista Nature. “A beta-amiloide de fato causa os emaranhados”, disse Tanzi no podcast da Nature, “isso não tinha sido mostrado antes”. A novidade, nesse caso, foi alojar neurônios humanos com mutações típicas da forma hereditária do Alzheimer numa matriz gelatinosa tridimensional, em vez da tradicional cultura celular em meio líquido, feita em placas onde as células se dispõem em só uma camada. Eles esperam usar o modelo tridimensional para testar fármacos com potencial de combater a doença nos estágios iniciais, antes que surjam os sintomas. Uma das vantagens de usar células isoladas, explicam, é acompanhar em detalhe a ação dos compostos candidatos a medicamento e identificar se agem sobre a produção e a deposição da beta-amiloide ou sobre a formação dos emaranhados. “Conseguimos dissecar esses dois eventos”, disse Tanzi. Para ele, o modelo permitirá testar fármacos 10 vezes mais rapidamente, talvez a um décimo dos custos de testes com roedores.

Para Fernanda, esses resultados não reduzem a importância de usar primatas nos estudos sobre Alzheimer. “O modelo in vitro permite testar a ação de várias substâncias neuroprotetoras, mas não é um sistema complexo como o cérebro”, explica, argumentando que a matriz gelatinosa não inclui todos os tipos de células que atuam no órgão real. Além disso, ela ressalta, ainda não existem modelos para a forma mais comum da doença de Alzheimer, conhecida como esporádica. “Eles usaram as mutações descritas para a forma familiar, que representa menos de 5% dos casos da doença.”

Fernanda planeja continuar os experimentos com ratos e camundongos para entender melhor os detalhes de como a doença altera o cérebro. Mas acredita que os roedores não ajudarão em certos aspectos da pesquisa. “A maioria dos medicamentos testados em camundongos não funciona para o tratamento de doenças do cérebro humano”, exemplifica.

O modelo desenvolvido pela equipe do Rio e do Canadá foi destacado no fórum especializado Alzforum e em comentário na Nature, mas não está completo. Falta, por exemplo, comprovar que os oligômeros prejudicam a memória dos animais. Na universidade canadense, alguns macacos já começaram a ser treinados para a segunda fase de estudos, em que os pesquisadores avaliarão alterações comportamentais que podem surgir como resultado da injeção dos oligômeros. É necessário treinar os cinomolgos por seis meses para realizar testes de memória, como reconhecer imagens em um monitor, e para que façam certo movimento com os olhos. Quando os macacos envelhecem, a capacidade de realizar esse movimento se deteriora de modo semelhante ao que ocorre em pessoas com Alzheimer.

Fernanda também espera testar medicamentos nos primatas. O primeiro candidato é um remédio contra diabetes que seu grupo mostrou ser capaz de bloquear certos danos neuronais vistos em modelos animais do Alzheimer (ver Pesquisa FAPESP nº 215). Além dos resultados promissores para o estabelecimento de um novo modelo animal, ela celebra a parceria com o laboratório canadense. “São dois grupos com expertises complementares”, avalia. Uma receita de sucesso para avanços significativos em ciência.

Artigos científicos
FORNY-GERMANO, L. et al.Alzheimer’s disease-like pathology induced by amyloid-oligomers in nonhuman primates. Journal of Neuroscience. v. 34, n. 41. 8 out. 2014.
CHOI, S. H. et al.A three-dimensional human neural cell culture model of Alzheimer’s disease. Nature.on-line. 12 out. 2014.

 

Fonte: Revista Fapesp - edição 225 11/14

MARIA GUIMARÃES