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As aproximações não invasoras do neuromodulation podem impedir a cirurgia invasora nos pacientes de Parkinson

Do optogenetics ao sonogenetics ao magnetognetics, os cientistas em todo o mundo estão investigando técnicas novas para tratar a doença de Parkinson sem a necessidade para a cirurgia invasora.

Não há ainda nenhum tratamento que pode inverter os efeitos da doença de Parkinson, uma circunstância calculada para afectar no mundo inteiro 10 milhões de pessoas. Enquanto a esperança de vida aumenta, o número de pessoas que sofre desta doença está ajustado para aumentar no futuro, fazendo à necessidade para o tratamento eficaz uma prioridade.

Os doutores prescrevem a medicamentação oral para aliviar os sintomas principais e, para alguns pacientes, para usar a estimulação profunda do cérebro. Os eléctrodos estimulam as áreas afetadas e aliviam as reacções induzidas pela doença tal como o tremor ou a rigidez.

Contudo, esta técnica apresenta desafios significativos porque os cirurgiões têm que furar um furo no crânio para implantar os eléctrodos. Mas que se nós poderíamos controlar os neurônios sem a necessidade deste procedimento invasor e caro?

Esta é a pergunta que alguns cientistas se pediram algumas décadas há, abrindo as portas ao que são sabidas como técnicas não invasoras do neuromodulation. Embora manipular os neurônios sem tocar n fosse considerada como a ficção científica, este método ganhou muita popularidade, e diversos grupos de pesquisadores no mundo inteiro saltaram em investigá-la para uma grande variedade de circunstâncias, incluindo a doença de Parkinson.

Em 2004, uma daquelas técnicas, nomeada optogenetics, foi descrito pela primeira vez, revolucionando o campo da neurociência. Consiste genetically alterar os neurónios para expressar as proteínas sensíveis à luz, significando que a actividade dos aneuron pode ser pulsações de luz de utilização controladas. Até o ano passado, este procedimento foi considerado ainda invasor, como conseguindo os pulsos de luz dentro do cérebro controlar implantes exigidos pilhas.

Contudo, isto mudou em outubro passado quando um grupo de pesquisadores da Universidade de Stanford relatada com sucesso desenvolvendo uma versão implante-livre da técnica, tornando o optogenetics profundo do cérebro sem cirurgia possível nos ratos.

Depois dos princípios de optogenetics, uma técnica nova chamou sonogeneticswas propor em 2015.

Nós descobrimos um grupo novo de proteínas, que não são expressadas normalmente nas pilhas que nós estamos tentando controlar. E a coisa especial sobre estas proteínas é que são sensíveis ao ultra-som. Entregando estas proteínas às pilhas afetadas, tornam-se responsivas ao ultra-som,” diz. “Você não precisa nenhuma cirurgia, você cola seu transdutor no crânio, e você entrega o theultrasound para controlar as pilhas.”

Sreekanth Chalasani, professor adjunto, instituto para estudos biológicos, E.U. de Salk

Sonogenetics primeiramente descrito de Chalasani. Além do facto de que a cirurgia não é necessário, uma das vantagens principais desta técnica é sua segurança, como Chalasani indica. O “ultra-som é ondas sadias com as freqüências mais altas do que que seres humanos podem se ouvir.

É seguro, não invasor, e nós temos muita experiência com ela. Por décadas, nós temos usado o ultra-som aos bebês da imagem, e para aliviar a dor,” explica. Além disso, o ultra-som atravessa a pele e o osso. Devido a isto, “o transdutor que produz o ultra-som pode ser fora do corpo e ainda as estruturas de alvo que são profundas no cérebro, como é exigido para aliviar sintomas da doença de Parkinson,” adiciona Chalasani.

Embora seja realizado muito desde 2015, algumas perguntas permanecem não-resolvidos. De um lado, os cientistas precisam de encontrar uma maneira segura de introduzir a luz e proteínas ultra-som-sensíveis ao corpo humano. “Neste momento, nós não temos uma maneira de entregar genes aos alvos de um específico no cérebro humano,” diz Chalasani.

“Nós precisamos uma maneira de expressar não em qualquer outro lugar uma proteína apenas nas pilhas desejadas, e.” Por outro lado, a tecnologia do transdutor igualmente tem que mais ser desenvolvida. “Nós queremos algo que são minúsculo, mas que produz bastante energia para atravessar o crânio sem aquecer o cérebro,” Chalasani explica. “Nós estamos desenvolvendo uma classe nova de transdutor que não causa nenhum aquecimento e, ao mesmo tempo, não produz bastante energia para controlar as pilhas”.

A não ser a utilização da luz e do ultra-som, os cientistas igualmente descobriram que poderiam usar ímãs para controlar o comportamento das pilhas. Nomearam este approachmagnetogenetics. O projecto aberto Magneuron do FET da UE, que começou em 2016, procurou usar a técnica para avançar a etapa da terapia uma da substituição da pilha mais adicional.

O princípio é simples: para substituir danificou os neurônios no cérebro com os novos saudáveis criados no laboratório. Mas a terapia enfrenta um desafio significativo dado a complexidade do cérebro humano.

“Na regeneração do cérebro, nós temos um problema quando se trata do sistema nervoso central. Você coloca os neurônios no cérebro e não sabem aonde ir após a transplantação. Também, a conectividade entre os neurônios não é restaurada,” explica Rolf Heumann, cabeça do neurochemistry molecular do grupo na universidade Ruhr Bochum, em Alemanha, e em um dos participantes no projecto de Magneuron.

Para superar este desafio, o consórcio interdisciplinar teve a ideia preload os neurônios no laboratório com nanoparticles magnéticos de modo que, implantado uma vez no cérebro, os cientistas pudessem controlar o sentido em que os neurônios crescem usando ímãs.

Uma das diferenças principais em relação às duas técnicas explicadas antes que estiver que, neste caso, os neurônios dos pacientes não precisam de ser alterados genetically. “Com os métodos que nós nos usamos, nós tente evitar a manipulação genética,” Heumann explica. “Nós usamos os nanoparticles que têm as proteínas responsáveis para dirigir o crescimento do neurônio anexado a elas. Aquelas proteínas são feitas nas bactérias, refinadas e anexadas aos nanoparticles. Conseqüentemente, não é um método genético preliminar no paciente,” Heumann indica.

Os pesquisadores conseguiram vários marcos miliários. “Nós descrevemos como segurar os nanoparticles puros e ligar-lhes as proteínas. Também, nós encontramos uma maneira de obter os nanoparticles em pilhas vivas e para manipulá-las uma vez para dentro,” explica Raudzus Fabian, um professor adjunto na universidade de Kyoto, em Japão, que igualmente trabalhou no projecto.

Uma das realizações as mais significativas era encontrar uma maneira de carregar ao mesmo tempo os nanoparticles em muitas pilhas. “A ideia é que nós aplicamos alguma pressão às pilhas de modo que nós possamos introduzir uma quantidade mais alta de nanoparticles neles,” dizemos o doutor Sebastian Neumann, da universidade Ruhr Bochum, em Alemanha, e um outro participante no projecto de Magneuron. “E esta seria uma aproximação importante para o futuro quando se trata do tratamento dos pacientes”.

Embora o projecto termine em 2019, alguns dos membros continuam a trabalhar neste campo, centrando-se principalmente sobre encontrar um inclinação magnético estável para controlar os nanoparticles, avaliando os efeitos dos nanoparticles a longo prazo, e transportando-se in vitro dos estudos nas pilhas a organoids.

Os cientistas são ainda longe do optogenetics, do sonogenetics e do magnetogenetics do teste nas clínicas, mas as aproximações do neuromodulation estão abastecendo grandes esperanças: prometem evitar não somente a cirurgia invasora, mas também reactivate os neurônios danificados e invertem os efeitos de muitas desordens neurodegenerative.

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