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ILUMINANDO O CÉREBRO COM NANOPARTÍCULAS DE OURO E LUZ

ILUMINANDO O CÉREBRO COM NANOPARTÍCULAS DE OURO E LUZ

Edição Vol. 2, N. 11, 28 de Abril de 2015

DOI: http://dx.doi.org/10.15729/nanocellnews.2015.04.27.003

Nosso cérebro é uma caixa fechada e, para ativá-la, ou se pensa ou se aplica um choque. Neste caso, nem um nem outro. Ativamos ele pela luz, usando nanopartículas de ouro!

Usando uma neurotoxina modificada derivada do veneno de escorpião ou anticorpos específicos para direcionar as nanopartículas de ouro para a superfície das células neurônios, pesquisadores criaram uma nova forma de estimular células cerebrais em frascos de cultura. Só é preciso um pouco de luz para aquecer as partículas, que muda a capacitância da membrana, resultando na despolarização da célula e o disparo de um potencial de ação.

Em outro artigo em que se usa o calor para ativar neurônios, também usando nanopartículas, falamos como se ativam células neuronais dentro do cérebro sem ter que implantar eletrodos dentro dele (1) (veja mais em http://www.nanocell.org.br/eliminando-o-cerebro-degenerado-com-nanoparticulas-magneticas/). Neste, falaremos como ativar os neurônios em uma placa de cultura, cultivando células fora do cérebro, usando nanopartículas de ouro.

Isto é o que chamamos de optogenética, sem a genética (2) (veja mais em http://www.nanocell.org.br/professor-xavier-usando-o-poder-da-mente-para-controlar-a-expressao-de-genes/). É a excitação ou ativação de células do sistema nervoso sem passar por todas as dificuldades de criar um animal transgênico… Um verdadeiro atalho usando a luz!

A pesquisa, liderada pelo prof. Dr. Francisco “Pancho” Bezanilla da Universidade de Chicago, nos EUA, iniciou-se depois de uma conversa do Prof Bezanilla com o neurocientista da visão, prof. David Pepperberg, da Universidade de Illinois, durante uma conferência anos atrás. A conferência que tinha foco em soluções para restaurar a visão em pacientes que sofrem de degeneração macular, em que os fotorreceptores degeneraram, mas as células do gânglio que se comunicam com o cérebro, muitas vezes ainda estão intactas e funcionais. Os fotorreceptores são proteínas que captam a luz e a transformam em imagem após atravessar os neurônios da retina até às células da região posterior do cérebro (região occipital). Neste caso, os fotorreceptores não funcionam, mas as células onde são formadas as imagens estão vivas (3) (veja mais em http://www.nanocell.org.br/voltando-a-enxergar-terapia-com-celulas-tronco-embrionarias-humanas-contra-a-degeneracao-macular/). O grupo de Bezanilla tinha mostrado previamente que o calor pode ser utilizado para ativar os neurônios através da produção de uma rápida mudança na carga elétrica através da membrana celular, a ativação dos canais de sódio (4). Sabendo que as nanopartículas de ouro (5) (veja mais em http://www.nanocell.org.br/proteina-corona-um-desafio-para-o-uso-de-nanoparticulas/) aumentam a temperatura quando absorvem a luz verde, a dupla se perguntou se as nanopartículas poderiam ser direcionadas para ficarem próximas aos canais de sódio e, combinando com pulsos de luz, as nanopartículas aumentariam sua temperatura e induziriam a ativação dos canais de sódio, por conseguinte, induzindo a estimulação dos neurônios naquele local específico (6).

Com seus colegas, Bezanilla e Pepperberg acoplaram nanopartículas de ouro com uma versão sintética da neurotoxina de escorpião Ts1, que se liga aos canais de sódio neuronais, ou anticorpos que se ligam a canais iônicos neuronais, os receptores para capsaicina (ou de pimenta), TRPV1, e o receptor de purinas (bases do DNA), P2X3. Em seguida, trataram os neurônios do gânglio da raiz dorsal (neurônios presentes na medula vertebral que fazem a comunicação do cérebro com o resto do corpo) cultivando-as com as nanopartículas de ouro e, depois, aplicaram impulsos de luz à cultura celular. Com certeza, o aquecimento das nanopartículas desencadearia potenciais de ação das células neuronais, isto é, as ativariam, e as moléculas-alvo do canal ligadas às nanopartículas de ouro manteriam elas na mesma célula, mesmo se as culturas fossem lavadas continuamente por 30 minutos. A técnica também foi bem sucedida em fatias de hipocampo de rato (6).

É uma técnica nova e emocionante e certamente poderia ter muitas aplicações. Também, a nova estratégia já foi demonstrada funcionar in vivo (1). Se você tem uma enorme variedade de anticorpos disponíveis pode-se conjuga-los com nanopartículas de ouro, assim se poderia muito rapidamente e de forma relativamente fácil estudar a estimulação de uma fatia do hipocampo, região do cérebro responsável pela memória, por exemplo.

A técnica também pode ser ajustável, se os pesquisadores simplesmente ligarem às moléculas alvo com formas diferentes de nanopartículas de ouro, chamadas de nanobastões de ouro, que absorvem diferentes comprimentos de onda de luz, inclusive no espectro do infravermelho próximo. Estamos estudando isso agora com o professor Marcus Vinícius Gomez, do Instituto de Ensino e Pesquisa da Santa Casa de BH.

A estimulação neuronal com nanobastões ou nanoparticulas de ouro poderá restaurar a visão, onde a optogenética não pode. Na verdade, quando você está pensando em traduzir essa tecnologia para aplicações médicas, as pessoas têm muito medo de usar a genética em humanos, de modo que é uma crítica à optogenética. Neste caso, não há envolvimento da genética, somente da opto, que se refere à luz.

Outra limitação da técnica de nanopartículas até agora é que ela só pode excitar os neurônios, e não inibi-los, como a optogenética pode. E porque um determinado anticorpo pode ser expresso em diferentes subtipos de neurônios, a população de células que pode ser excitada ainda é heterogênea, ou muito diversificada.

Como qualquer técnica, esta também tem suas limitações e vantagens, mas acreditamos que as vantagens são muito emocionantes.

Referências

1. Resende RR. ELIMINANDO O CÉREBRO DEGENERADO COM NANOPARTÍCULAS MAGNÉTICAS. Nanocell News. 2015;2(10).

2. Tonelli FCP, Resende RR. PROFESSOR XAVIER: Usando O Poder Da Mente Para Controlar A Expressão De Genes. Nanocell News. 2015;2(8).

3. Tonelli FCP, Resende RR. VOLTANDO A ENXERGAR! Terapia Com Células-Tronco Embrionárias Humanas Contra A Degeneração Macular. Nanocell News. 2014;2(3).

4. Lacroix JJ, Hyde HC, Campos FV, Bezanilla F. Moving gating charges through the gating pore in a Kv channel voltage sensor. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2014;111(19):E1950-9.

5. Goulart VAM, Resende RR. PROTEÍNA CORONA: um desafio para o uso de nanopartículas. Nanocell News. 2013;1(3).

6. Carvalho-de-Souza JL, Treger JS, Dang B, Kent SB, Pepperberg DR, Bezanilla F. Photosensitivity of Neurons Enabled by Cell-Targeted Gold Nanoparticles. Neuron. 2015.

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  • ILUMINANDO O CÉREBRO COM NANOPARTÍCULAS DE OURO E LUZ
  • 2
  1. Regina Célia da Silva Barros Allil disse:

    Prezados,

    Primeiramente, gostaria de parabenizar esta interessante edição que aborda a aplicação de nano partículas/nano bastões de ouro em biomedicina.
    Tenho experiência na área de P&D em biossensores baseado na tecnologia óptica, que consiste no uso de uma fibra óptica de polímero (PMMA) através da imunocaptura de Ac-Ag, na identificação de Escherichia coli na água, em um rápido tempo de resposta, quando comparado com as técnicas convencionais.
    Atualmente, estou iniciando uma pesquisa com nano partículas/nano bastões de ouro para aplicação específica na identificação de dengue. Os resultados preliminares são promissores e apontam para uma enorme contribuição para esse sério problema em nossas cidades.
    Desta forma, se possível gostaria de maiores informações a respeito do desenvolvimento das nanopartículas/nanobastões de ouro na aplicação citada em optogenética.

    Att.,

    Regina Allil, DSc

    11/maio/2015 ás 09:48
  2. Cara Regina,

    temos vários projetos em andamento nessa área com nanomateriais. Pode entrar em contato diretamente comigo pelo meu email ou do contato@institutonanocell.org.br

    grande abç
    Prof. Rodrigo Resende

    16/maio/2015 ás 22:18

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