Modelo ajuda a entender como esclerose lateral amiotrófica (ELA) afeta neurônios


pesquisa sobre esclerose lateral amiotrofica cepid brainn

Pesquisa inovadora sobre esclerose lateral amiotrófica conta com participação do CEPID BRAINN.

19 de junho de 2018     | por Karina Toledo, para a Agência FAPESP

 

Pesquisadores da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) desenvolveram um modelo matemático que permite simular no computador as alterações que ocorrem nos neurônios motores de portadores de esclerose lateral amiotrófica (ELA) – doença que vitimou o físico britânico Stephen Hawking.

Caracterizada por um quadro de paralisia muscular progressiva, a ELA é causada por mutações genéticas – herdadas ou não – que prejudicam a produção ou a atividade de uma enzima chamada SOD1 (cobre-zinco superóxido dismutase), responsável por proteger as células nervosas de subprodutos tóxicos do metabolismo. Esse quadro leva à degeneração e morte dos neurônios motores, responsáveis por enervar os músculos esqueléticos e controlar os movimentos voluntários.

O objetivo principal do grupo coordenado pelo professor Leonardo Abdala Elias, chefe do Laboratório de Pesquisa em Neuroengenharia da Faculdade de Engenharia Elétrica e Computação da Unicamp, é compreender os mecanismos moleculares associados à degeneração neuronal – identificar, por exemplo, eventuais alterações no funcionamento de proteínas permeáveis a íons como cálcio, sódio e potássio (os canais iônicos) que possam afetar a resposta do neurônio e, consequentemente, o controle da força muscular.

“Usamos um simulador computacional para buscar, em um estágio ainda pré-sintomático da doença, um marcador biológico, ou seja, um fenômeno biofísico que ocorre na membrana do neurônio motor e afeta a atividade elétrica da célula e o controle da força muscular. Isso abriria caminho para o estudo de intervenções farmacológicas capazes de reverter ou amenizar o problema”, disse Elias, que também é diretor do Centro de Engenharia Biomédica da Unicamp.

Como explicou Elias, nos mamíferos existem dois tipos de neurônios motores: os superiores e os inferiores. No cérebro, o neurônio motor superior envia impulsos elétricos que viajam até os neurônios motores inferiores, localizados ao longo da medula espinhal e no tronco encefálico. Esses impulsos são conduzidos até os músculos, que os transformam em movimentos.

Durante o mestrado de Débora Elisa da Costa Matoso, foi desenvolvido um modelo matemático capaz de simular a dinâmica de um neurônio motor inferior – tanto em uma condição saudável quanto em um quadro de ELA. Para isso, o grupo se baseou em dados obtidos por meio de experimentos com roedores publicados na literatura científica.

“Não há dados de pacientes humanos disponíveis, apenas de modelos de camundongos geneticamente modificados para reproduzir um quadro semelhante à ELA. Para validar o modelo, simulamos os mesmos experimentos feitos com os animais em laboratórios. Observamos resultados compatíveis com os obtidos in vivo e in vitro, o que sugere que o modelo é capaz de representar o que acontece com o neurônio motor inferior ao longo da progressão da doença no camundongo”, contou.

pesquisa neuronio motor

Neurônio motor: à esquerda representação do sistema biológico; ao centro, representação do modelo matémático;
à direita representação do modelo computacional (ilustração: Débora Matoso)

 

Por meio de simulações computacionais, o grupo está estudando principalmente o que acontece em três canais iônicos: um permeável ao íon sódio, que normalmente está localizado no corpo celular do neurônio, outro permeável ao cálcio, que costuma estar localizado nas ramificações dendríticas, e um terceiro canal de potássio encontrado tanto no corpo celular quanto no dendrito.

Segundo Elias, os resultados têm sugerido que o canal de potássio é fundamental para explicar algumas alterações importantes observadas na dinâmica do neurônio motor inferior – embora existam poucos dados de experimentos com animais capazes de corroborar esse achado.

“O único medicamento atualmente disponível para tratar a ELA, o Riluzol, atua nos canais persistentes de sódio. Se conseguirmos mostrar com o modelo que outros canais iônicos estão também envolvidos nesse processo de degeneração, abrimos espaço para que novas pesquisas sejam feitas com animais para testar novas intervenções farmacológicas”, disse Elias.

Agora, durante o doutorado, Matoso pretende desenvolver um modelo completo do sistema neuromuscular para investigar como os mecanismos biofísicos que alteram a dinâmica do neurônio motor influenciam a geração da força em um estágio inicial da doença.

“Em paralelo, pretendemos fazer experimentos em parceria com grupos que tenham acesso a pacientes com ELA para tentar coletar o máximo de dados e, assim, validar o modelo em desenvolvimento. Em uma segunda etapa da pesquisa, vamos comparar os resultados de simulação com os experimentais, buscando perspectivas de intervenções clínicas e farmacológicas”, contou.

Além disso, Elias firmou parceria com uma equipe do BRAINN coordenada pelo professor Li Li Min para estudar o efeito de diferentes técnicas de neuromodulação (aplicação de correntes elétricas, estimulação magnética transcraniana e ultrassom focalizado) no controle da força de pacientes que sofreram acidente vascular cerebral (AVC), portadores de Parkinson ou de ataxia cerebelares (grupo de doenças que afeta o controle do movimento).

Leia a matéria completa no site da Agência FAPESP

 

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