Ferramenta de mapeamento cerebral aprimorada 20 vezes mais poderosa que a versão anterior

Ferramenta de mapeamento cerebral aprimorada 20 vezes mais poderosa que a versão anterior

A tecnologia aprimorada do vírus da raiva da equipe Salk mapeia neurônios em grandes áreas do sistema nervoso

LA JOLLA—Cientistas do Instituto Salk desenvolveram um novo reagente para mapear a complexa rede de conexões do cérebro que é 20 vezes mais eficiente do que a versão anterior. Essa ferramenta aprimora uma técnica chamada rastreamento do vírus da raiva, que foi originalmente desenvolvida no Callaway lab em Salk e é comumente usado para mapear conexões neurais.

O rastreamento viral da raiva usa uma versão modificada do vírus da raiva que salta entre os neurônios, iluminando as conexões ao longo do caminho. O mapa iluminado permite que os pesquisadores rastreiem com precisão quais neurônios se conectam entre si. A visualização desse circuito neural pode ajudar os cientistas a aprender mais sobre condições que vão desde doenças motoras até distúrbios do desenvolvimento neurológico.

“Para entender verdadeiramente a função cerebral, temos que entender como diferentes tipos de neurônios estão conectados uns aos outros em muitas áreas distantes do cérebro. Os métodos de rastreamento da raiva que desenvolvemos tornaram isso possível, mas estávamos rotulando apenas uma fração de todas as conexões”, diz Edward Callaway, professor de Salk e autor sênior do novo artigo, publicado em 14 de abril de 2016 na revista Cell Reports.

Ele acrescenta que uma melhoria tão dramática em uma ferramenta crítica para a neurociência ajudará os pesquisadores a iluminar os aspectos dos distúrbios cerebrais em que a conectividade e o processamento global dão errado, como no autismo e na esquizofrenia.

Conexões de longa distância entre os neurônios são a chave para o que é chamado de processamento global no cérebro. Imagine uma bola voando em direção a um apanhador. Os circuitos visuais do receptor processarão as informações sobre a bola e as enviarão aos circuitos motores do cérebro. Os circuitos motores direcionam os nervos no braço e na mão do receptor para agarrar a bola. Esse processamento global depende de circuitos neurais de longa distância formando conexões precisas para tipos específicos de neurônios; esses circuitos podem ser revelados com rastreadores virais da raiva.

“Com este novo rastreador de raiva, podemos visualizar a conectividade neurônio por neurônio e através de neurônios de entrada de longa distância melhor do que com rastreadores de raiva anteriores”, disse Euiseok Kim, pesquisador associado da Salk e primeiro autor do artigo.

Existem bilhões de neurônios no cérebro e apenas um punhado de tecnologias que podem mapear a comunicação que ocorre entre eles. Algumas técnicas de imagem, como ressonância magnética funcional, podem visualizar a comunicação em larga escala no cérebro, mas não se concentram no nível celular. A eletrofisiologia e a microscopia eletrônica podem rastrear a conectividade célula a célula, mas não são adequadas para mapear circuitos neurais em todo o cérebro.

Métodos de rastreamento usando vírus neurotrópicos, como o da raiva, há muito são utilizados para rastrear conexões através de caminhos neurais. Mas esses vírus se espalham amplamente pelo cérebro em vários circuitos, dificultando a determinação de quais neurônios estão diretamente conectados. Em 2007, o laboratório da Callaway foi pioneiro em uma nova abordagem baseada no vírus da raiva geneticamente modificado. Essa abordagem permitiu que a infecção viral fosse direcionada a tipos específicos de neurônios e também permitiu que a propagação do vírus fosse controlada. O resultado é que esse sistema ilumina os neurônios em todo o cérebro, mas rotula apenas aqueles que estão diretamente conectados aos neurônios de interesse.

Para controlar a distância percorrida pelo vírus, os cientistas garantem que o vírus da raiva só pode infectar um grupo seleto de neurônios. Os primeiros cientistas removem e substituem o revestimento externo crucial do vírus da raiva, chamado glicoproteínas. O vírus precisa dessa camada de glicoproteínas para entrar e infectar as células, mas a substituição da glicoproteína impede que o vírus infecte os neurônios normais. Os cientistas então alteram um grupo de neurônios em camundongos para se tornarem as chamadas “células iniciais” que são exclusivamente suscetíveis à infecção com a glicoproteína modificada. As células iniciais também são programadas para fornecer as glicoproteínas da raiva de modo que, uma vez que uma célula inicial seja infectada, novas cópias do rastreador da raiva possam se espalhar pelas sinapses da célula inicial para os neurônios conectados. No entanto, uma vez que o marcador viral da raiva esteja no próximo conjunto de neurônios, ele não encontrará a glicoproteína de que precisa para continuar a se espalhar e, assim, o rastro da infecção nos circuitos neurais termina.

Embora o rastreador viral da raiva original rastreie os circuitos com precisão, ele cruzou apenas uma fração das sinapses da célula inicial. A equipe de pesquisa do Salk desenvolveu um rastreador viral da raiva mais eficiente. Primeiro, os pesquisadores pegaram pedaços de várias cepas de raiva para criar novas glicoproteínas quiméricas e depois testaram as versões contando células marcadas em circuitos conhecidos.

A glicoproteína quimérica vencedora foi posteriormente modificada geneticamente com uma técnica chamada otimização de códons para aumentar os níveis da glicoproteína produzida nas células iniciais. Comparado ao rastreador de raiva original, o novo rastreador otimizado por códon aumentou a eficiência de rastreamento para neurônios de entrada de longa distância em até 20 vezes.

“Embora esta versão melhorada seja muito melhor, ainda há oportunidades para melhorar ainda mais o rastreador da raiva, à medida que continuamos a examinar outras cepas de raiva”, diz Kim.

Outros co-autores do estudo foram Matthew Jacobs e Tony Ito-Cole, do Laboratório de Neurobiologia de Sistemas do Salk Institute.

Este trabalho foi financiado em parte pelo National Institutes of Health, Fundação de caridade de Gatsby e os votos de Instituto Médico Howard Hughes Prêmio Inovação Colaborativa.