Nova técnica de ‘lanterna molecular’ detecta metástases cerebrais em ratos usando sonda de luz ultrafina

Monitorar alterações moleculares no cérebro causadas por câncer e outras patologias neurológicas de forma não invasiva é um dos maiores desafios da pesquisa biomédica. Uma nova técnica experimental conseguiu isso introduzindo luz no cérebro de camundongos usando uma sonda ultrafina. O estudo está publicado na revista Métodos da Natureza por uma equipe internacional que inclui grupos do Centro Nacional Espanhol de Pesquisa do Câncer (CNIO) e do Conselho Nacional de Pesquisa Espanhol (CSIC).

Os autores descrevem a nova técnica como uma “lanterna molecular” porque fornece informações sobre a composição química do tecido nervoso ao iluminá-lo. Isso permite analisar alterações moleculares causadas por tumores, sejam eles primários ou metastáticos, bem como lesões como o traumatismo cranioencefálico.

A lanterna molecular é uma sonda com menos de 1 mm de espessura, com ponta de apenas um mícron de largura – cerca de um milésimo de milímetro – e invisível a olho nu. Pode ser inserido profundamente no cérebro sem causar danos (para efeito de comparação, um fio de cabelo humano mede entre 30 e 50 mícrons de diâmetro).

Esta sonda-lanterna ainda não está pronta para ser testada em pacientes e, por enquanto, é principalmente uma ferramenta de pesquisa “promissora” em modelos animais que permite “monitorar alterações moleculares causadas por lesão cerebral traumática, bem como detectar marcadores diagnósticos de metástase cerebral com alta precisão”, explicam os autores do artigo.

O trabalho foi realizado pelo consórcio europeu NanoBright, que inclui dois grupos espanhóis: o liderado por Manuel Valiente, que dirige o Grupo de Metástase Cerebral do CNIO, e o Laboratório de Circuitos Neuronais do Instituto Cajal do CSIC, liderado por Liset Menéndez de la Orgulho. Ambas as equipes foram responsáveis ​​pela pesquisa biomédica na NanoBright, enquanto grupos de instituições italianas e francesas desenvolveram a instrumentação.

Explorando o cérebro com luz sem alterá-lo previamente

Usar a luz para ativar ou registrar a função cerebral é uma conquista notável, mas não é uma técnica nova. Por exemplo, as chamadas técnicas optogenéticas permitem controlar a atividade de neurônios individuais com luz. No entanto, estes métodos requerem a introdução de um gene nos neurônios para torná-los sensíveis à luz. Com a nova tecnologia introduzida pela NanoBright, o cérebro pode ser estudado sem alteração prévia, representando uma mudança de paradigma na investigação biomédica.

O nome técnico do método no qual se baseia a nova lanterna molecular é espectroscopia vibracional. Funciona explorando uma propriedade da luz conhecida como efeito Raman: quando a luz interage com as moléculas, ela se espalha de maneira diferente dependendo de sua composição química e estrutura. Isto permite a detecção de um sinal ou espectro único para cada molécula. O espectro atua então como uma assinatura molecular, fornecendo informações sobre a composição do tecido iluminado.

‘Podemos ver qualquer alteração molecular no cérebro causada por uma patologia ou lesão’

“Esta tecnologia”, explica Manuel Valiente, “permite-nos estudar o cérebro no seu estado natural sem necessidade de alteração prévia. Além disso, permite-nos analisar qualquer tipo de estrutura cerebral, não apenas aquelas que foram geneticamente marcadas ou alteradas. , como era necessário com tecnologias anteriores. Com a espectroscopia vibracional podemos ver qualquer alteração molecular no cérebro quando uma patologia está presente.”

A espectroscopia Raman já é utilizada em neurocirurgia, mas de forma mais invasiva e menos precisa. “Estudos foram realizados sobre seu uso durante cirurgias de tumores cerebrais em pacientes”, observa Valiente.

“Na sala de cirurgia, uma vez que a maior parte do tumor tenha sido removida cirurgicamente, uma sonda de espectroscopia Raman pode ser inserida para avaliar se alguma célula cancerígena permanece na área. No entanto, isso só é feito quando o cérebro já está aberto e a cavidade é grande o suficiente. Essas ‘lanternas moleculares’ relativamente grandes são incompatíveis com o uso minimamente invasivo em modelos animais vivos.”

Técnica minimamente invasiva para análise de metástases

A sonda desenvolvida pelo consórcio NanoBright é tão fina que qualquer dano que possa causar quando introduzida no tecido cerebral é considerado insignificante, o que lhe valeu a designação de “minimamente invasiva”.

Os autores sugerem aplicações específicas no artigo. O grupo de Valiente, na CNI, tem utilizado a lanterna molecular em modelos experimentais de metástases cerebrais.

“Assim como acontece com os pacientes, observamos frentes tumorais liberando células que escapariam da cirurgia”, diz Valiente. “A diferença com a tecnologia existente é que agora podemos realizar esta análise de forma minimamente invasiva, independentemente de o tumor ser superficial ou profundo”.

Para a equipa do CNIO, um objetivo atual é determinar se a informação fornecida pela sonda pode “diferenciar várias entidades oncológicas, como tipos de metástases, com base nos seus perfis mutacionais, pela sua origem primária ou de diferentes tipos de tumores cerebrais”.

IA para identificar marcadores de diagnóstico

Por sua vez, a equipe do Instituto Cajal utilizou a técnica para estudar as áreas epileptogênicas ao redor das lesões cerebrais traumáticas. “Conseguimos identificar diferentes perfis vibracionais nas mesmas regiões do cérebro propensas a ataques epilépticos, dependendo se estavam associados a um tumor ou a um trauma. Isto sugere que as assinaturas moleculares destas áreas são afetadas de forma diferente e podem ser usadas para distinguir entre diferentes entidades patológicas usando algoritmos de classificação automática, incluindo inteligência artificial”, explica Menéndez de la Prida.

“A integração da espectroscopia vibracional com outras modalidades de registo da atividade cerebral e análise computacional avançada utilizando inteligência artificial permitir-nos-á identificar novos marcadores de diagnóstico de alta precisão”, conclui o investigador do CSIC. “Isso facilitará o desenvolvimento de neurotecnologia avançada para novas aplicações biomédicas.”