Pequenos microscópios revelam o papel oculto das células do sistema nervoso

Pequenos microscópios revelam o papel oculto das células do sistema nervoso

As tecnologias de imagem Salk oferecem uma nova janela para a medula espinhal para entender as sensações de toque e dor

LA JOLLA - Um microscópio do tamanho de uma moeda de um centavo está dando aos cientistas uma nova janela para a atividade diária das células dentro da medula espinhal. A tecnologia inovadora revelou que os astrócitos – células do sistema nervoso que não conduzem sinais elétricos e eram tradicionalmente vistos como meramente de suporte – reagem inesperadamente a sensações intensas.

O novo microscópio miniaturizado e métodos de imagem relacionados, descritos por cientistas do Salk Institute em 28 de abril de 2016 em Natureza das Comunicações, oferecem uma visão sem precedentes sobre a função do sistema nervoso e podem levar a novos tratamentos de dor para lesões da medula espinhal, coceira crônica e doenças neurodegenerativas como a esclerose lateral amiotrófica (ELA).

A medula espinhal é crucial para sentir e responder ao mundo. Às vezes, até funciona independentemente do cérebro, como quando sua mão recua de um fogão quente antes que a sensação seja totalmente registrada. Mas não se sabe exatamente como as células da medula espinhal codificam essas e outras sensações da pele ou dos órgãos internos.

No novo estudo, o autor sênior Axel Nimmerjahn, professor assistente no Salk's Centro Avançado de Biofotônica Waitt, e sua equipe aprimorou os microscópios miniaturizados que eles descreveram pela primeira vez em 2008. A nova versão dos pesquisadores - que apresenta inúmeras melhorias de hardware e software - permitiu que eles visualizassem mudanças na atividade celular em camundongos acordados e errantes.

“Por muito tempo, os pesquisadores sonharam em poder registrar padrões de atividade celular na medula espinhal de um animal acordado. Além disso, agora podemos fazer isso em um animal de comportamento livre, o que é muito emocionante”, diz o primeiro autor Kohei Sekiguchi, pesquisador do Salk e aluno de doutorado no University of California, San Diego.

A maior parte do trabalho anterior da equipe de Salk se concentrou na implantação de microscópios para observar os cérebros de animais vivos. A medula espinhal, por outro lado, apresentou um desafio maior por vários motivos. Por exemplo, ao contrário do cérebro, várias vértebras com movimento independente envolvem a medula espinhal. A medula espinhal também está mais próxima de órgãos pulsantes (coração e pulmões), o que pode dificultar a visão estável das células internas. No entanto, ao desenvolver novas abordagens microscópicas e processuais e computacionais, a equipe conseguiu superar esses desafios e capturar a ação das células vivas em tempo real e durante movimentos vigorosos.

No novo trabalho, o grupo descobriu que estímulos distintos – como toque leve ou pressão – ativam diferentes subconjuntos de neurônios sensoriais espinhais. Eles também descobriram que certas características, como a intensidade ou a duração de um determinado estímulo, são refletidas na atividade dos neurônios.

Para surpresa da equipe, os astrócitos, tradicionalmente considerados células de suporte passivas, também respondem a estímulos (embora de forma diferente dos neurônios). Embora os astrócitos não possam enviar sinais elétricos como os neurônios, eles geraram seus próprios sinais químicos de forma coordenada durante estímulos intensos.

Nimmerjahn está entusiasmado com este resultado porque seu grupo tem um interesse de longa data em compreender os astrócitos e seus papéis nas funções e doenças do sistema nervoso. Essas células são cada vez mais apreciadas como participantes importantes na forma como o sistema nervoso se desenvolve e opera e podem servir como novos alvos promissores para drogas, diz ele.

“Agora não só podemos estudar o processamento sensorial normal, mas também podemos observar contextos de doenças como lesões na medula espinhal e como os tratamentos realmente afetam as células”, diz Nimmerjahn.

A equipe agora está trabalhando para registrar simultaneamente o toque ou a atividade relacionada à dor no cérebro e na medula espinhal usando iterações adicionais dos microscópios miniaturizados, que permitem monitorar e manipular vários tipos de células em resoluções ainda mais altas.

Outros pesquisadores no papel incluem Pavel Shekhtmeyster do Salk Institute, Katharina Merten, Alexander Arena, Daniela Cook, Elizabeth Hoffman e Alexander Ngo.

O trabalho foi apoiado por doações da National Institutes of Health, Fundação Rita Allen, Fundação Whitehall e Fundação de Pesquisa do Cérebro; fundos do Fundação Waitt, Fundações Hearst e a Fundação de Caridade da Família Richard Allan Barry; e bolsas de pesquisa da Nakajima Foundation, Fundação Mary K. Chapman, Fundação Jesse e Caryl Philips, a Fundação Rose Hills, Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) e Fundação Catharina.