O tratamento não cirúrgico mostra-se promissor no controle direcionado de convulsões

Os bioengenheiros da Rice University demonstraram uma maneira não cirúrgica de acalmar um circuito cerebral relevante para convulsões em um modelo animal. A equipe usou ultrassom focalizado de baixa intensidade para abrir brevemente a barreira hematoencefálica (BHE) no hipocampo, administrou uma terapia genética projetada apenas para aquela região e mais tarde acionou um “interruptor dimmer” sob demanda com um medicamento oral.

A pesquisa mostra que um procedimento direcionado único pode modular uma região específica do cérebro sem impactar áreas do cérebro fora do alvo. Foi publicado e estampado na capa da revista Neurociência Química ACS.

“Muitas doenças neurológicas são causadas por células hiperativas em um local específico do cérebro”, disse o líder do estudo, Jerzy Szablowski, professor assistente de bioengenharia e membro da Rice Neuroengineering Initiative. “Nossa abordagem direciona a terapia onde ela é necessária e permite controlá-la quando necessário, sem cirurgia e sem implante permanente”.

Como o método ATAC atinge os circuitos cerebrais

O trabalho baseia-se em quase uma década de inovação de Szablowski e sua equipe. O método de quimiogenética acusticamente direcionada (ATAC) do grupo combina ultrassom, terapia genética e quimiogenética – uma técnica que equipa neurônios selecionados com receptores projetados para que possam ser ativados ou silenciados por um medicamento específico – em uma única ferramenta que possibilita o controle preciso dos circuitos cerebrais sem cirurgia.

No procedimento ATAC, os pesquisadores primeiro injetaram bolhas microscópicas cheias de gás na corrente sanguínea. Quando ondas de ultrassom de baixa intensidade foram direcionadas ao hipocampo, as microbolhas oscilaram suavemente contra as paredes dos vasos sanguíneos, criando aberturas temporárias em escala nanométrica na BHE. Esses poros eram centenas de vezes menores que as células sanguíneas, impedindo assim sua passagem, mas grandes o suficiente para permitir que vetores de entrega de genes desenvolvidos pelo laboratório Szablowski entrassem no tecido cerebral alvo. Os poros fecharam naturalmente em poucas horas, deixando a BBB intacta.

Os vetores projetados continham instruções para a construção de um receptor quimiogenético inibitório, uma espécie de “interruptor dimmer” molecular que faz com que os neurônios respondam a uma droga administrada posteriormente para acalmar a atividade indutora de convulsões.

“Ao visar precisamente o hipocampo, podemos diminuir a hiperatividade onde é importante e deixar o resto do cérebro intocado”, disse Honghao Li, estudante de doutorado em bioengenharia na Rice e primeiro autor do estudo.

Os resultados confirmam que o ATAC pode alcançar um controle preciso sobre os circuitos cerebrais alvo usando um procedimento minimamente invasivo e um medicamento sistêmico simples. Como tanto a abertura do BBB por ultrassom focado quanto a entrega de genes baseados em vetores virais já estão avançando em estudos clínicos, o método pode acelerar o desenvolvimento de tratamentos direcionados para epilepsia e outros distúrbios neurológicos.

Implicações mais amplas e direções futuras

O experimento do hipocampo marca um marco para o grupo de Szablowski, que já havia mostrado como administrar terapias genéticas em grandes volumes cerebrais, pequenas regiões cerebrais específicas e até mesmo conexões neuronais individuais.

O ultrassom focalizado também pode ser usado para recuperar sinais moleculares de regiões específicas do cérebro: uma técnica relacionada do laboratório Szablowski, conhecida como recuperação de marcadores por insonação (REMIS), pode liberar proteínas naturais ou projetadas apenas da região insonada na corrente sanguínea, permitindo aos pesquisadores monitorar a atividade genética sem investigações invasivas. A técnica deu origem a um ensaio clínico com parceiros do Texas Medical Center, incluindo pesquisadores do Baylor College of Medicine e do MD Anderson Cancer Center da Universidade do Texas.

“Essas tecnologias se complementam”, disse Szablowski. “O ultrassom nos permite administrar terapia, controlar os neurônios que desejamos e depois medir os efeitos no circuito exato que visamos. Nosso objetivo é construir uma plataforma que possa alcançar qualquer região do cérebro com segurança, fornecer qualquer carga genética com precisão e permitir que os médicos a controlem sob demanda. Esse tipo de versatilidade pode mudar a forma como pensamos sobre o desenvolvimento de terapias cerebrais.”