Uma equipa de Johns Hopkins Medicine desenvolveu uma técnica inovadora de imagiologia cerebral que está a oferecer a visão mais nítida de sempre sobre a forma como os neurónios comunicam entre si. O método, apelidado de “zap-and-freeze” (“disparar e congelar”), permite observar, quase em tempo real, passos ultrarrápidos da comunicação sináptica que até agora permaneciam praticamente invisíveis.
A doença de Parkinson é tradicionalmente associada à morte progressiva de neurónios que produzem dopamina, mas a maioria dos casos é considerada esporádica, isto é, não resulta de mutações genéticas hereditárias conhecidas. Nestes casos, suspeita‑se que alterações subtis na comunicação entre neurónios — em particular ao nível da sinapse, a pequena junção onde uma célula nervosa passa a mensagem à seguinte — possam desempenhar um papel central. No entanto, estudar estes processos em detalhe tem sido extremamente difícil, porque ocorrem em escalas de tempo de milissegundos e em estruturas microscópicas.
É precisamente este desafio que o novo método “zap-and-freeze” vem ajudar a ultrapassar. A técnica baseia‑se em aplicar um breve estímulo eléctrico ao tecido cerebral para desencadear a actividade neuronal e, de seguida, congelá‑lo quase instantaneamente. Este “congelamento” preserva a organização das membranas e das vesículas sinápticas naquele exacto momento, permitindo que os investigadores utilizem microscopia electrónica para reconstruir as etapas da libertação e reciclagem dos neurotransmissores com grande resolução espacial e temporal.
O grupo liderado por Shigeki Watanabe, professor associado de biologia celular na Johns Hopkins Medicine, já tinha utilizado esta abordagem em trabalhos anteriores para estudar mudanças rápidas nas membranas sinápticas em modelos animais. Nesses estudos, publicados em revistas como a Nature Neuroscience, a técnica permitiu clarificar o papel de proteínas específicas, como a intersectina, na organização das vesículas que aguardam para libertar sinais químicos.
No novo estudo, os investigadores deram um passo importante ao aplicar o “zap-and-freeze” a tecido cerebral humano. Recolheram amostras de córtex de seis pessoas submetidas a cirurgia para epilepsia no Johns Hopkins Hospital, com o objectivo de remoção de lesões no hipocampo. Em paralelo, utilizaram tecido de ratinhos saudáveis, o que lhes permitiu comparar diretamente os processos sinápticos entre as duas espécies.
Primeiro, confirmaram em tecido de ratinho que o método funcionava de forma robusta, observando os sinais de cálcio que desencadeiam a libertação de neurotransmissores. De seguida, estimularam os neurónios e captaram o exacto momento em que as vesículas sinápticas se fundiam com a membrana celular para libertar o seu conteúdo químico. Logo depois, conseguiram visualizar o processo inverso: a recuperação e reciclagem dessas vesículas, conhecido como endocitose, essencial para que a sinapse esteja pronta para o disparo seguinte.
Quando aplicaram o mesmo protocolo ao tecido humano, os investigadores observaram uma sequência de eventos muito semelhante. Tanto em ratos como em humanos, identificaram a presença de uma proteína chamada Dynamin1xA nos locais onde ocorre a reciclagem ultrarrápida da membrana sináptica. Esta proteína é considerada crucial para que a sinapse consiga recuperar rapidamente após cada disparo, mantendo a transmissão de sinais eficiente.
Segundo os autores, o facto de o mecanismo de endocitose ultrarrápida ser tão parecido em ratos e humanos reforça a utilidade dos modelos animais no estudo da biologia do cérebro humano. Mais importante ainda, fornece um mapa detalhado do que é o funcionamento “normal” da sinapse — um ponto de referência indispensável para, no futuro, identificar o que corre mal na doença de Parkinson, sobretudo nas formas não hereditárias.
O próximo objectivo da equipa é aplicar o método “zap-and-freeze” a tecido cerebral obtido, com consentimento, de pessoas com doença de Parkinson submetidas a procedimentos de estimulação cerebral profunda. Ao comparar a dinâmica das vesículas sinápticas em neurónios saudáveis e em neurónios afectados pela doença, os investigadores esperam encontrar diferenças que possam explicar por que motivo a comunicação neuronal falha e como isso contribui para os sintomas motores e não motores da doença.
A longo prazo, os autores acreditam que este tipo de abordagem poderá abrir novas vias para o desenvolvimento de terapias que visem directamente os processos sinápticos, indo além das estratégias actuais que se limitam sobretudo a repor temporariamente a dopamina. Ao revelar “passos ocultos” da comunicação entre neurónios, a técnica “zap-and-freeze” pode ajudar a transformar o conhecimento básico em soluções clínicas mais eficazes para as pessoas que vivem com Parkinson.
ALERT Life Sciences Computing, S.A.
