Sistema que usa estimulação luminosa para modular as ondas cerebrais

Pesquisadores desenvolveram um sistema que usa estimulação de luz para modular as ondas cerebrais. Isso abre novos caminhos para explorar um possível tratamento de condições como epilepsia, Parkinson e enxaqueca.

A equipe projetou um pequeno implante contendo LEDs, que foi colocado dentro do cérebro para fornecer luz diretamente a ele. Enquanto isso, as células do cérebro foram alteradas, usando um terapia de genespara torná-los sensíveis à luz.

No jornal, publicado hoje em Natureza Engenharia Biomédicaa equipe CANDO (Controlling Abnormal Network Dynamics with Optogenetics) demonstrou que sua tecnologia suprimiu com sucesso ondas cerebrais anormais que se assemelhavam a crises epilépticas.

Esta técnica de neuroestimulação óptica em circuito fechado pode ser aplicável ao tratamento de distúrbios neurológicos e também tem implicações para alterar estados de atenção e sonolência.

A prova de pesquisa de princípio foi testada em modelo de computador, em fatias de cérebro de camundongo e em dois primatas anestesiados.

Combatendo as ondas cerebrais interrompidas

No cérebro, as células nervosas geram atividade rítmica ou “ondas cerebrais”. Em muitas doenças neurológicas, esses ritmos são interrompidos, produzindo padrões anormais de atividade. Por exemplo, na epilepsia, a atividade anormal geralmente pode ser localizada em um pequeno “foco”, que então se espalha causando uma convulsão.

Na pesquisa, alguns células cerebrais foram alterados usando uma terapia genética para torná-los sensíveis à luz, conhecido como optogenética. O implante então monitorou continuamente as ondas cerebrais por meio de eletrodos e forneceu estimulação precisamente cronometrada, ativando os LEDs.

Como a luz não interfere nas gravações elétricas sensíveis, a equipe de pesquisa conseguiu desenvolver um controle de “circuito fechado” da atividade cerebral, onde os padrões de atividade eram monitorados continuamente, controlando a entrega da luz precisamente cronometrada ao cérebro em um feedback contínuo. ciclo. O professor Andy Jackson, do Instituto de Biociências da Universidade de Newcastle, que liderou a pesquisa, explica: “Um pouco como empurrar um balanço em diferentes pontos de seu arco, o sistema de circuito fechado nos permitiu aumentar ou suprimir as ondas cerebrais”.

Por meio desse método, a equipe conseguiu modular a intensidade de um padrão anormal de ondas cerebrais, ou seja, reduzir a gravidade de uma convulsão.

O professor Jackson disse: “Conseguimos demonstrar que a modulação eficaz da atividade cerebral local em um primata não humano pode ser obtida usando LEDs implantados.

“Este é um desenvolvimento importante, pois o uso de um pequeno implante para modular a atividade anormal no cérebro abre um possível tratamento alternativo.

“Enquanto nosso projeto está se concentrando na epilepsia, este desenvolvimento fornece um método para aumentar ou suprimir as ondas cerebrais em frequências específicas que podem ser úteis na compreensão e tratamento de outros distúrbios como Alzheimer e Parkinson”.

Optogenética

A optogenética é um tipo de terapia genética que envolve proteínas sensíveis à luz chamados opsinas. Essas proteínas, que podem ser encontradas em todos os tipos de vida, mudam de forma quando iluminadas com luz. Na verdade, são as opsinas em nossos olhos que nos permitem ver.

Existem muitos tipos de opsinas e algumas formam canais ou bombas entre o interior e o exterior das células. A luz brilhante sobre essas opsinas faz com que átomos carregados, ou íons, se movam para dentro e para fora das células. O fluxo de íons carregados gera correntes elétricas, que desempenham um papel fundamental na forma como as células cerebrais se comunicam umas com as outras. As opsinas podem ser usadas para ativar ou desativar a comunicação e, assim, influenciar os padrões de atividade cerebral.

Embora as opsinas nos nossos olhos nos permitam ver, elas não ocorrem naturalmente no cérebro. Para usar opsinas no tratamento da epilepsia, precisamos de uma maneira de introduzi-las com segurança em células específicas do cérebro. Isso agora é possível com a tecnologia de terapia genética.

Terapia de genes

Já em 1966, os cientistas reconheceram que os vírus possuíam propriedades que poderiam ser úteis na entrega de genes nas células. Um vírus é um pequeno agente infeccioso que requer outra célula viva para se replicar. Os vírus entram nas células e instruem a própria maquinaria da célula a fazer novas cópias de si mesma, fazendo com que a infecção se espalhe.

Em contraste, o vetor viral modificado em uma terapia genética faz cópias de proteínas úteis como opsinas. Ele faz isso introduzindo um novo pedaço de código genético na célula, que contém as instruções para fazer o opsina. É importante ressaltar que esse código não contém instruções para produzir mais vírus e, portanto, o vetor viral não é infeccioso e não pode se espalhar. Além disso, o material genético inserido apenas nas células cerebrais não é transmitido a nenhuma criança futura.

Terapias genéticas optogenéticas já estão sendo testadas em humanos, entregues ao olho como um tratamento potencial para a cegueira. Mas antes que qualquer terapia optogenética seja testada no cérebro humano, é essencial provar que o vetor viral e as proteínas opsinas não são prejudiciais e a equipe do CANDO continua analisando a segurança a longo prazo em suas pesquisas atuais em roedores.