Monday 2 October 2017 - Um novo estudo conduzido por cientistas da Coreia do Sul e Cingapura "anula três décadas de consenso" sobre o que causa os sintomas da doença de Parkinson.
Um estudo recentemente publicado na revista Neuron lança nova luz sobre o mecanismo causador da doença por trás do Parkinson.
Em termos gerais, sabe-se que a doença de Parkinson é causada por níveis insuficientes do neurotransmissor dopamina. Mais detalhadamente, no entanto, não se sabe precisamente o que causa os problemas motores - incluindo tremor, rigidez e a incapacidade de controlar os movimentos - que caracterizam essa condição de baixa dopamina.
Sabe-se que o movimento voluntário é regulado por uma região do cérebro chamada gânglio basal. O gânglio basal modula a locomoção, deslocando-se entre as instruções para desencadear o movimento e as instruções para suprimi-lo.
Alcançar o delicado equilíbrio entre esses dois conjuntos de instruções resulta em movimentos suaves.
Como um baixo nível do neurotransmissor da dopamina suprime mais fortemente o movimento e a baixa dopamina caracteriza a doença de Parkinson, os pesquisadores há muito acreditam que a supressão induzida pela falta de dopamina causa a disfunção motora no mal de Parkinson.
O novo estudo, no entanto, usa tecnologia de ponta para desafiar essa crença.
Os pesquisadores foram co-liderados pelo Prof. Daesoo Kim, do Departamento de Ciências Biológicas do Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coréia, em Daejeon, Coréia do Sul, e pelo Prof. George Augustine, da Escola de Medicina Lee Kong Chian, em Cingapura.
Estudo produz descobertas 'inovadoras'
Usando optogenética - uma técnica em que os neurônios são geneticamente modificados para responder à luz, permitindo que os pesquisadores acompanhem e controlem o comportamento das células - os cientistas estimularam entradas inibitórias nos gânglios da base. Em outras palavras, eles intensificaram as instruções de supressão do motor.
No entanto, eles descobriram que isso fez os neurônios talâmicos ventrolaterais - que estão envolvidos no controle motor - hiperativos.
Essa hiperatividade pareceu causar rigidez muscular e contrações nos roedores - sintomas semelhantes aos sintomas motores marcantes na doença de Parkinson.
Como explicam os autores, esse é o fenômeno chamado de "disparo de rebote", que parece ser desencadeado pela intensificação das entradas inibitórias dos gânglios da base.
O Prof. Kim e a equipe testaram o papel desse fenômeno ao manipular geneticamente os camundongos que não tinham dopamina e inibir a queima de ressalto para ver quais efeitos teriam sobre os sintomas motores da doença de Parkinson.
O disparo de rebote foi inibido por interferência genética para reduzir o número de neurônios talâmicos ventrolaterais.
Surpreendentemente, os camundongos com níveis anormalmente baixos de dopamina, mas nenhum disparo de rebote, apresentaram movimentos normais e nenhum sintoma da doença de Parkinson.
"Em um estado baixo de dopamina", dizem os autores, "o número de neurônios [talâmicos ventrolaterais] mostrando aumento de disparo pós-inibitório, enquanto reduz o número de neurônios ativos [ventrolaterais do tálamo] [inibindo os gânglios da base], efetivamente previne Parkinson sintomas motores semelhantes a doenças ".
"Assim, a entrada inibitória dos [gânglios basais] gera sinais motores excitatórios no tálamo e, em excesso, promove anormalidades motoras parecidas com PD [semelhantes à doença de Parkinson]", concluem.
"Este estudo", diz o professor Daesoo Kim, ao comentar sobre o significado das descobertas, "anula três décadas de consenso sobre a origem dos sintomas Parkinsonianos".
Primeiro autor do estudo Dr. Jeongjin Kim diz: "As implicações terapêuticas deste estudo para o tratamento dos sintomas de Parkinson são profundas. Em breve poderá ser possível corrigir distúrbios de movimento sem usar L-Dopa, um precursor da dopamina."
"Nossas descobertas são um avanço, tanto para entender como o cérebro normalmente controla o movimento do nosso corpo e como esse controle dá errado durante a doença de Parkinson e distúrbios relacionados à deficiência de dopamina." Prof George Augustine
Original em inglês, tradução Google, revisão Hugo. Fonte: Medical News Today.
Mostrando postagens com marcador optogenética. Mostrar todas as postagens
Mostrando postagens com marcador optogenética. Mostrar todas as postagens
domingo, 29 de julho de 2018
sábado, 24 de fevereiro de 2018
terça-feira, 3 de outubro de 2017
Identifican un nuevo mecanismo que provoca párkinson
por Sarah Romero
Un nuevo estudio dirigido por científicos del Instituto Coreano de Ciencia (Corea del Sur) y la Escuela de Medicina Lee Kong Chian (Singapur) "derriba tres décadas de consenso" sobre las causas de los síntomas de la enfermedad de Parkinson. ¿Qué hay detrás de esta enfermedad crónica? En términos generales, se sabe que es causada por niveles insuficientes del neurotransmisor dopamina, pero se desconoce con precisión qué causa los problemas motores (como los temblores o la rigidez) que caracterizan esta condición de baja dopamina.
El movimiento voluntario está regulado por los ganglios basales del cerebro; estos modulan la locomoción activando (señales excitadoras) y suprimiendo el movimiento (señales inhibidoras). Su equilibrio equivale a que nuestros movimientos sean suaves.
Los investigadores creen desde hace tiempo que la falta de dopamina causa la disfunción motora en el Parkinson. Sin embargo, el estudio publicado en la revista Neuron desafía esta creencia mediante el empleo de tecnología de vanguardia: la optogenética.
Los ganglios basales articulan dos conjuntos de instrucciones para el movimiento
Mediante el uso de la optogenética -una técnica en la que las neuronas se modifican genéticamente para responder a la luz, permitiendo a los investigadores rastrear y controlar el comportamiento de las neuronas-, los científicos estimularon los insumos inhibitorios de los ganglios basales de un grupo de roedores; esto es, intensificaron las instrucciones de supresión motora. Esto provocó que las neuronas talámicas -involucradas en el control motor- se pusieran hiperactivas.
Esta hiperactividad parecía causar rigidez muscular y contracciones en los roedores, el sello de la enfermedad de Parkinson.
Como explican los autores, se trata de un fenómeno denominado "disparo de rebote", que parece ser desencadenado por la intensificación de los insumos inhibitorios de los ganglios basales. Sin embargo, en ratones con niveles anormalmente bajos de dopamina pero que en los que se suprimió mediante la optogenética la hiperactividad de las neuronas talámicas, los ratones mostraron un movimiento normal y ningún síntoma de Parkinson.
"En un estado de dopamina baja. el número de neuronas [ventrolaterales talámicas] que muestra un disparo post-inhibitorio aumenta, al tiempo que se reduce el número de neuronas activas [por inhibición de los ganglios basales], previniendo eficazmente los síntomas motores del Parkinson", explican los autores.
"Este estudio derriba tres décadas de consenso sobre la procedencia de los síntomas del Parkinson", sentencia Daesoo Kim, coautor del trabajo.
"Las implicaciones terapéuticas de este estudio para el tratamiento de los síntomas del Parkinson son profundas, y pronto podría ser posible remediar los trastornos del movimiento sin usar L-Dopa, un precursor de la dopamina", comenta Jeongjin Kim, otro de los autores.
"Nuestros resultados son un avance, tanto para entender cómo el cerebro controla normalmente el movimiento de nuestro cuerpo y cómo este control va mal durante la enfermedad de Parkinson y trastornos relacionados con la deficiencia de dopamina", concluye George Augustine de la Escuela de Medicina Lee Kong Chian de Singapur.
Referencia: Jeongjin Kim, Youngsoo Kim, Ryuichi Nakajima, Anna Shin, Minju Jeong, Ah Hyung Park, Yongcheol Jeong, Seonmi Jo, Seungkyoung Yang, Hosung Park, Sung-Hwan Cho, Kwang-Hyun Cho, Insop Shim, Jae Hoon Chung, Se-Bum Paik, George J. Augustine, Daesoo Kim
Inhibitory Basal Ganglia Inputs Induce Excitatory Motor Signals in the Thalamus. Neuron 2017. dx.doi.org/10.1016/j.neuron.2017.08.028. Fonte: Muy Interesante.
Hasta ahora no se conocía con precisión qué causaba los problemas motores de esta enfermedad.
El movimiento voluntario está regulado por los ganglios basales del cerebro; estos modulan la locomoción activando (señales excitadoras) y suprimiendo el movimiento (señales inhibidoras). Su equilibrio equivale a que nuestros movimientos sean suaves.
Los investigadores creen desde hace tiempo que la falta de dopamina causa la disfunción motora en el Parkinson. Sin embargo, el estudio publicado en la revista Neuron desafía esta creencia mediante el empleo de tecnología de vanguardia: la optogenética.
Los ganglios basales articulan dos conjuntos de instrucciones para el movimiento
Mediante el uso de la optogenética -una técnica en la que las neuronas se modifican genéticamente para responder a la luz, permitiendo a los investigadores rastrear y controlar el comportamiento de las neuronas-, los científicos estimularon los insumos inhibitorios de los ganglios basales de un grupo de roedores; esto es, intensificaron las instrucciones de supresión motora. Esto provocó que las neuronas talámicas -involucradas en el control motor- se pusieran hiperactivas.
Esta hiperactividad parecía causar rigidez muscular y contracciones en los roedores, el sello de la enfermedad de Parkinson.
Como explican los autores, se trata de un fenómeno denominado "disparo de rebote", que parece ser desencadenado por la intensificación de los insumos inhibitorios de los ganglios basales. Sin embargo, en ratones con niveles anormalmente bajos de dopamina pero que en los que se suprimió mediante la optogenética la hiperactividad de las neuronas talámicas, los ratones mostraron un movimiento normal y ningún síntoma de Parkinson.
"En un estado de dopamina baja. el número de neuronas [ventrolaterales talámicas] que muestra un disparo post-inhibitorio aumenta, al tiempo que se reduce el número de neuronas activas [por inhibición de los ganglios basales], previniendo eficazmente los síntomas motores del Parkinson", explican los autores.
"Este estudio derriba tres décadas de consenso sobre la procedencia de los síntomas del Parkinson", sentencia Daesoo Kim, coautor del trabajo.
"Las implicaciones terapéuticas de este estudio para el tratamiento de los síntomas del Parkinson son profundas, y pronto podría ser posible remediar los trastornos del movimiento sin usar L-Dopa, un precursor de la dopamina", comenta Jeongjin Kim, otro de los autores.
"Nuestros resultados son un avance, tanto para entender cómo el cerebro controla normalmente el movimiento de nuestro cuerpo y cómo este control va mal durante la enfermedad de Parkinson y trastornos relacionados con la deficiencia de dopamina", concluye George Augustine de la Escuela de Medicina Lee Kong Chian de Singapur.
Referencia: Jeongjin Kim, Youngsoo Kim, Ryuichi Nakajima, Anna Shin, Minju Jeong, Ah Hyung Park, Yongcheol Jeong, Seonmi Jo, Seungkyoung Yang, Hosung Park, Sung-Hwan Cho, Kwang-Hyun Cho, Insop Shim, Jae Hoon Chung, Se-Bum Paik, George J. Augustine, Daesoo Kim
Inhibitory Basal Ganglia Inputs Induce Excitatory Motor Signals in the Thalamus. Neuron 2017. dx.doi.org/10.1016/j.neuron.2017.08.028. Fonte: Muy Interesante.
quarta-feira, 17 de maio de 2017
Novo procedimento poderia proporcionar um tratamento mais duradouro da doença de Parkinson
MAY 16, 2017 - A domesticação da doença de Parkinson envolve o controle da interação entre as células cerebrais (neurônios) nos gânglios da base - a parte do cérebro central na forma do símbolo @.
Em função normal, os neurônios conversam entre si de uma forma semelhante a uma multidão falando antes de um concerto. O resultado é a sinalização cerebral estável que produz a função motora normal.
As coisas dão errado quando esses neurônios param de falar e se sincronizam em sua sinalização, como se a multidão parasse de tagarelar e agora estivesse batendo palmas ao uníssono. O resultado é o notável sintoma da doença de Parkinson - apertando as mãos.
"Pense nisso", disse Aryn Gittis, professor assistente de biologia da Carnegie Mellon University. "A sincronização seqüestra os gânglios da base, quase como um registro que fica preso, tocando uma e outra vez. Você tem que chutá-lo e tira-lo fora desse padrão de repetição. "
Em um sentido científico, a bióloga da CMU e sua equipe da CMU, da Universidade de Pittsburgh e do CMU / Pitt Center para a Base Neural de Cognição, descobriram como chutar a plataforma giratória e obter o sistema de volta à função normal por horas de uma vez.
A equipe usou a optogenética - usando a luz para afetar as células - para ligar e desligar conjuntos específicos de neurônios nos gânglios da base com pulsos de luz entregues através de uma fibra óptica implantada. Os gânglios da base são uma área importante do cérebro para o controle voluntário do movimento. A função normal foi restaurada aumentando a atividade de um conjunto de neurônios em relação a outro conjunto de neurônios.
Com um ataque de estimulação, o movimento foi restaurado por horas antes da atividade neural aberrante retornou.
Publicado na semana passada na Nature Neuroscience, o estudo de Pittsburgh fornece uma nova abordagem para tratar os sintomas da doença de Parkinson que é causada pela morte de "neurônios de dopamina" que alimentam os gânglios da base do cérebro. Quando deixa de funcionar corretamente, o corpo não pode iniciar o movimento voluntário.
O estudo também descreve mais detalhadamente como os circuitos dos neurônios nos gânglios da base se comportam na doença de Parkinson.
Especificamente, a equipe identificou e direcionou dois grupos de células e descobriu que estimular o grupo PV-GPe mais do que o grupo Lhx6-GPe inverteu atividade cerebral aberrante e restaurou o movimento normal para um rato com doença de Parkinson induzida.
Os tratamentos atuais para a doença de Parkinson incluem estimulação cerebral profunda, que usa um gerador alimentado a bateria, implantado sob a pele do tórax e conectado a um eletrodo embutido nos gânglios da base para fornecer estimulação elétrica constante a todos os neurônios. Ele funciona bem em prender os sintomas, enquanto o poder está ligado.
O novo método, no entanto, exigiria estimulação uma vez a cada poucas horas.
"Eu acho que isso é uma pesquisa tremenda", disse Donald Whiting, presidente do sistema para o Allegheny Health Network Neuroscience Institute e presidente de seu departamento de neurocirurgia. "Eu tenho feito a estimulação profunda do cérebro [nos pacientes] por 20 anos, e fêz realmente bem em reduzir as desordens e os sintomas, e é o esteio principal [tratamento]. Mas podemos fazer melhor com ele.
"Eu acho que o que o Dr. Gittis tem feito é revolucionário", disse ele, descrevendo-o como "um grande seguimento" na pesquisa que poderia ajudar os pacientes no curto prazo.
Ele agora está trabalhando com a equipe de Gittis para usar estimulação elétrica em vez de estimulação de luz para ativar neurônios direcionados para restaurar a função normal durante horas de cada vez. A chave é determinar o tipo certo e nível de estimulação elétrica para replicar o efeito da energia luminosa através de uma fibra óptica, cujo uso em seres humanos ainda requer extensa pesquisa.
Os resultados do estudo também são importantes para proporcionar uma maneira de estender a vida da bateria do gerador, um dispositivo médico caro que deve ser substituído por um procedimento cirúrgico cada vez que a bateria morre. Como tal, Dr. Whiting disse, a vida da bateria poderia ser estendida dramaticamente com grandes reduções nos custos médicos.
Gittis e sua equipe são os primeiros a descobrir o papel único dos dois tipos de neurônios e como estimular um, mas não o outro grupo de neurônios. Tal pesquisa, disse ele, é "brilhante - fora da caixa" e representa a etapa seguinte importante no tratamento melhorado para a doença de Parkinson. Original em inglês, tradução Google, revisão Hugo. Fonte: Post Gazette.
Em função normal, os neurônios conversam entre si de uma forma semelhante a uma multidão falando antes de um concerto. O resultado é a sinalização cerebral estável que produz a função motora normal.
As coisas dão errado quando esses neurônios param de falar e se sincronizam em sua sinalização, como se a multidão parasse de tagarelar e agora estivesse batendo palmas ao uníssono. O resultado é o notável sintoma da doença de Parkinson - apertando as mãos.
"Pense nisso", disse Aryn Gittis, professor assistente de biologia da Carnegie Mellon University. "A sincronização seqüestra os gânglios da base, quase como um registro que fica preso, tocando uma e outra vez. Você tem que chutá-lo e tira-lo fora desse padrão de repetição. "
Em um sentido científico, a bióloga da CMU e sua equipe da CMU, da Universidade de Pittsburgh e do CMU / Pitt Center para a Base Neural de Cognição, descobriram como chutar a plataforma giratória e obter o sistema de volta à função normal por horas de uma vez.
A equipe usou a optogenética - usando a luz para afetar as células - para ligar e desligar conjuntos específicos de neurônios nos gânglios da base com pulsos de luz entregues através de uma fibra óptica implantada. Os gânglios da base são uma área importante do cérebro para o controle voluntário do movimento. A função normal foi restaurada aumentando a atividade de um conjunto de neurônios em relação a outro conjunto de neurônios.
Com um ataque de estimulação, o movimento foi restaurado por horas antes da atividade neural aberrante retornou.
Publicado na semana passada na Nature Neuroscience, o estudo de Pittsburgh fornece uma nova abordagem para tratar os sintomas da doença de Parkinson que é causada pela morte de "neurônios de dopamina" que alimentam os gânglios da base do cérebro. Quando deixa de funcionar corretamente, o corpo não pode iniciar o movimento voluntário.
O estudo também descreve mais detalhadamente como os circuitos dos neurônios nos gânglios da base se comportam na doença de Parkinson.
Especificamente, a equipe identificou e direcionou dois grupos de células e descobriu que estimular o grupo PV-GPe mais do que o grupo Lhx6-GPe inverteu atividade cerebral aberrante e restaurou o movimento normal para um rato com doença de Parkinson induzida.
Os tratamentos atuais para a doença de Parkinson incluem estimulação cerebral profunda, que usa um gerador alimentado a bateria, implantado sob a pele do tórax e conectado a um eletrodo embutido nos gânglios da base para fornecer estimulação elétrica constante a todos os neurônios. Ele funciona bem em prender os sintomas, enquanto o poder está ligado.
O novo método, no entanto, exigiria estimulação uma vez a cada poucas horas.
"Eu acho que isso é uma pesquisa tremenda", disse Donald Whiting, presidente do sistema para o Allegheny Health Network Neuroscience Institute e presidente de seu departamento de neurocirurgia. "Eu tenho feito a estimulação profunda do cérebro [nos pacientes] por 20 anos, e fêz realmente bem em reduzir as desordens e os sintomas, e é o esteio principal [tratamento]. Mas podemos fazer melhor com ele.
"Eu acho que o que o Dr. Gittis tem feito é revolucionário", disse ele, descrevendo-o como "um grande seguimento" na pesquisa que poderia ajudar os pacientes no curto prazo.
Ele agora está trabalhando com a equipe de Gittis para usar estimulação elétrica em vez de estimulação de luz para ativar neurônios direcionados para restaurar a função normal durante horas de cada vez. A chave é determinar o tipo certo e nível de estimulação elétrica para replicar o efeito da energia luminosa através de uma fibra óptica, cujo uso em seres humanos ainda requer extensa pesquisa.
Os resultados do estudo também são importantes para proporcionar uma maneira de estender a vida da bateria do gerador, um dispositivo médico caro que deve ser substituído por um procedimento cirúrgico cada vez que a bateria morre. Como tal, Dr. Whiting disse, a vida da bateria poderia ser estendida dramaticamente com grandes reduções nos custos médicos.
Gittis e sua equipe são os primeiros a descobrir o papel único dos dois tipos de neurônios e como estimular um, mas não o outro grupo de neurônios. Tal pesquisa, disse ele, é "brilhante - fora da caixa" e representa a etapa seguinte importante no tratamento melhorado para a doença de Parkinson. Original em inglês, tradução Google, revisão Hugo. Fonte: Post Gazette.
segunda-feira, 8 de maio de 2017
Pesquisadores descobrem alvos neuronais que restauram o movimento no modelo da doença de Parkinson
 |
| Immunohistochemistry for alpha-synuclein showing positive staining (brown) of an intraneural Lewy-body in the Substantia nigra in Parkinson's disease. Credit: Wikipedia |
O estudo, concluído em um modelo de rato com Parkinson, usou optogenética para entender melhor os circuitos neurais envolvidos na doença de Parkinson, e poderia fornecer a base para novos protocolos de tratamento experimental. As descobertas, publicadas por pesquisadores da Carnegie Mellon, da Universidade de Pittsburgh e do centro comum CMU / Pitt para a Base Neural de Cognição (CNBC), estão disponíveis como uma Publicação Avançada Online no site da Nature Neuroscience.
A doença de Parkinson é causada quando os neurônios da dopamina que alimentam os gânglios da base do cérebro morrem e fazem com que os gânglios da base deixem de funcionar, impedindo que o corpo inicie o movimento voluntário. Os gânglios basais são o principal alvo clínico para o tratamento da doença de Parkinson, mas as terapias utilizadas atualmente não oferecem soluções a longo prazo.
"A principal limitação dos tratamentos da doença de Parkinson é que eles fornecem alívio transitório dos sintomas. Os sintomas podem retornar rapidamente se uma dose da droga é perdida ou se a estimulação cerebral profunda é interrompida", disse Gittis, professor assistente de ciências biológicas na Mellon College of Science e membro da iniciativa em neurociências do Carnegie Mellon BrainHub da CNBC. "Não existe uma estratégia terapêutica para o alívio duradouro dos distúrbios do movimento associados ao Parkinson".
Para entender melhor como os neurônios nos gânglios da base se comportam em Parkinson, Gittis e colegas analisaram o circuito interno dos gânglios da base. Eles escolheram estudar uma das estruturas que compõem essa região do cérebro, um núcleo chamado globus pallidus externo (GPe). Sabe-se que o GPe contribui para suprimir as vias motoras nos gânglios da base, mas pouco se sabe sobre os tipos individuais de neurónios presentes no GPe, o seu papel na doença de Parkinson ou o seu potencial terapêutico.
O grupo de pesquisa usou a optogenética, uma técnica que transforma e desliga células geneticamente marcadas com luz. Eles direcionaram dois tipos de células em um modelo de camundongo para a doença de Parkinson: neurônios PV-GPe e neurônios Lhx6-GPe. Eles descobriram que ao elevar a atividade dos neurônios PV-GPe sobre a atividade dos neurônios Lhx6-GPe, eles foram capazes de interromper o comportamento neuronal aberrante nos gânglios basais e restaurar o movimento no modelo do rato por pelo menos quatro horas - significativamente mais longo do que os tratamentos atuais.
Embora a optogenética seja usada apenas em modelos animais, Gittis disse acreditar que suas descobertas poderiam criar um novo e mais eficaz protocolo de estimulação cerebral profunda. Original em inglês, tradução Google, revisão Hugo. Fonte: Medical Xpress. Veja mais, em português, AQUI.
quinta-feira, 26 de janeiro de 2017
Uma nova técnica de mapeamento cerebral revela circuitos de tremores na doença de Parkinson
JANUARY 26, 2017 - A nova técnica sonda os caminhos neurais que causam esses tremores, e também fornece uma maneira de mapear e solucionar outros circuitos em todo o cérebro.
Se um pedaço de eletrônica não está funcionando, solucionar o problema geralmente envolve sondar o fluxo de eletricidade através dos vários componentes do circuito para localizar as peças com defeito.
O bioengineiro e neurocientista de Stanford, Jin Hyung Lee, que estuda a doença de Parkinson, adaptou essa idéia às doenças do cérebro, criando uma nova maneira de ativar tipos específicos de neurônios para observar como isso afeta todo o cérebro. O trabalho é descrito na edição de 26 de janeiro de Neuron.
Lee, que se formou como engenheiro elétrico antes de se tornar um pesquisador cerebral, queria dar aos neurocientistas uma maneira de sondar doenças cerebrais semelhantes aos engenheiros como solucionar problemas de eletrônicos defeituosos.
"Os engenheiros elétricos tentam descobrir como os componentes individuais afetam o circuito geral para guiar os reparos", disse Lee.
A curto prazo, sua técnica deve ajudar a melhorar os tratamentos para a doença de Parkinson. No longo prazo, fornece uma metodologia para identificar, mapear e, em última instância, reparar circuitos neurais associados a outras doenças cerebrais.
Vendo o circuito
A abordagem de mapeamento de circuitos de Lee combina duas ferramentas experimentais com um método computacional. A primeira ferramenta experimental é a optogenética. Pioneiro pelo bioengineiro de Stanford Karl Deisseroth, a optogenética modifica tipos específicos de neurônios - as partes básicas do cérebro - para que possam ser ativadas em resposta à luz. A segunda ferramenta experimental é chamada de RM funcional, ou fMRI, que mede o fluxo sanguíneo no cérebro. Aumento do fluxo sanguíneo está associado com o aumento da atividade. Usando optogenética para ativar um tipo específico de neurônio e fMRI para observar como outras regiões do cérebro responderam, Lee usou uma análise computacional para mapear todo o circuito neural específico e também determinar sua função.
Controlando os tremores de Parkinson
Uma marca registrada da doença de Parkinson são tremores incontroláveis. Neurocientistas acreditam que esses tremores são causados por malfunções nos caminhos neurais que controlam o movimento. Eles sabem que diferentes regiões do cérebro estão constantemente formando circuitos para realizar tarefas, seja movimento ou fala. No entanto, antes da técnica de Lee, os pesquisadores não tinham como mostrar como ativar um tipo específico de neurônio poderia causar um circuito específico para se formar em todo o cérebro.
Testando sua abordagem em ratos, Lee sondou dois tipos diferentes de neurônios conhecidos por estarem envolvidos na doença de Parkinson - embora não se soubesse exatamente como. Sua equipe descobriu que um tipo de neurônio ativava um caminho que exigia maior movimento enquanto o outro ativava um sinal para menos movimento. A equipe de Lee projetou então uma aproximação computacional para desenhar diagramas de circuitos que subjazem a essas funções neuronais específicas do circuito cerebral.
"Esta é a primeira vez que alguém mostrou como diferentes tipos de neurônios formam circuitos cerebrais inteiros distintos com resultados opostos", disse Lee.
Lee disse que as descobertas neste artigo devem ajudar a melhorar os tratamentos para a doença de Parkinson. Os neurocirurgiões já estão usando uma técnica chamada estimulação cerebral profunda (DBS) para acalmar os tremores de Parkinson em seus pacientes. DBS oferece pequenos choques elétricos para os neurônios que se pensa serem responsáveis pelos tremores. Uma compreensão mais precisa do modo como esses neurônios trabalham para controlar o movimento poderia ajudar a guiar a estimulação mais eficaz.
Mas, em termos mais gerais, Lee pensa que sua técnica - o fMRI optogenético combinado com a modelagem computacional - dá aos pesquisadores uma nova maneira de reverter a engenharia das funções dos muitos tipos diferentes de neurônios no cérebro e a variedade desconcertante de circuitos neurais formados para transportar comandos diferentes.
Outros membros da equipe de Stanford incluem Daniel Bernal-Casas, um estudioso pós-doutorado, e Hyun Joo Lee, um cientista de pesquisa, ambos no Departamento de Neurologia e Ciências Neurológicas; E Andrew Weitz, um estudante graduado em bioengenharia. Este trabalho foi apoiado pelo National Institutes of Health, a National Science Foundation, Alfred P. Sloan Research Fellowship e uma Okawa Foundation Research Grant Award. Original em inglês, tradução Google, revisão Hugo. Fonte: Stanford.
Se um pedaço de eletrônica não está funcionando, solucionar o problema geralmente envolve sondar o fluxo de eletricidade através dos vários componentes do circuito para localizar as peças com defeito.
O bioengineiro e neurocientista de Stanford, Jin Hyung Lee, que estuda a doença de Parkinson, adaptou essa idéia às doenças do cérebro, criando uma nova maneira de ativar tipos específicos de neurônios para observar como isso afeta todo o cérebro. O trabalho é descrito na edição de 26 de janeiro de Neuron.
 |
| Uma nova abordagem de mapeamento de circuitos para sondar o cérebro deve ajudar a melhorar os tratamentos para a doença de Parkinson. Ele também fornece uma metodologia para identificar, mapear e finalmente reparar circuitos neurais associados a outras doenças cerebrais. (Crédito da imagem: iStock / D3Damon) |
"Os engenheiros elétricos tentam descobrir como os componentes individuais afetam o circuito geral para guiar os reparos", disse Lee.
A curto prazo, sua técnica deve ajudar a melhorar os tratamentos para a doença de Parkinson. No longo prazo, fornece uma metodologia para identificar, mapear e, em última instância, reparar circuitos neurais associados a outras doenças cerebrais.
Vendo o circuito
A abordagem de mapeamento de circuitos de Lee combina duas ferramentas experimentais com um método computacional. A primeira ferramenta experimental é a optogenética. Pioneiro pelo bioengineiro de Stanford Karl Deisseroth, a optogenética modifica tipos específicos de neurônios - as partes básicas do cérebro - para que possam ser ativadas em resposta à luz. A segunda ferramenta experimental é chamada de RM funcional, ou fMRI, que mede o fluxo sanguíneo no cérebro. Aumento do fluxo sanguíneo está associado com o aumento da atividade. Usando optogenética para ativar um tipo específico de neurônio e fMRI para observar como outras regiões do cérebro responderam, Lee usou uma análise computacional para mapear todo o circuito neural específico e também determinar sua função.
Controlando os tremores de Parkinson
Uma marca registrada da doença de Parkinson são tremores incontroláveis. Neurocientistas acreditam que esses tremores são causados por malfunções nos caminhos neurais que controlam o movimento. Eles sabem que diferentes regiões do cérebro estão constantemente formando circuitos para realizar tarefas, seja movimento ou fala. No entanto, antes da técnica de Lee, os pesquisadores não tinham como mostrar como ativar um tipo específico de neurônio poderia causar um circuito específico para se formar em todo o cérebro.
Testando sua abordagem em ratos, Lee sondou dois tipos diferentes de neurônios conhecidos por estarem envolvidos na doença de Parkinson - embora não se soubesse exatamente como. Sua equipe descobriu que um tipo de neurônio ativava um caminho que exigia maior movimento enquanto o outro ativava um sinal para menos movimento. A equipe de Lee projetou então uma aproximação computacional para desenhar diagramas de circuitos que subjazem a essas funções neuronais específicas do circuito cerebral.
"Esta é a primeira vez que alguém mostrou como diferentes tipos de neurônios formam circuitos cerebrais inteiros distintos com resultados opostos", disse Lee.
Lee disse que as descobertas neste artigo devem ajudar a melhorar os tratamentos para a doença de Parkinson. Os neurocirurgiões já estão usando uma técnica chamada estimulação cerebral profunda (DBS) para acalmar os tremores de Parkinson em seus pacientes. DBS oferece pequenos choques elétricos para os neurônios que se pensa serem responsáveis pelos tremores. Uma compreensão mais precisa do modo como esses neurônios trabalham para controlar o movimento poderia ajudar a guiar a estimulação mais eficaz.
Mas, em termos mais gerais, Lee pensa que sua técnica - o fMRI optogenético combinado com a modelagem computacional - dá aos pesquisadores uma nova maneira de reverter a engenharia das funções dos muitos tipos diferentes de neurônios no cérebro e a variedade desconcertante de circuitos neurais formados para transportar comandos diferentes.
Outros membros da equipe de Stanford incluem Daniel Bernal-Casas, um estudioso pós-doutorado, e Hyun Joo Lee, um cientista de pesquisa, ambos no Departamento de Neurologia e Ciências Neurológicas; E Andrew Weitz, um estudante graduado em bioengenharia. Este trabalho foi apoiado pelo National Institutes of Health, a National Science Foundation, Alfred P. Sloan Research Fellowship e uma Okawa Foundation Research Grant Award. Original em inglês, tradução Google, revisão Hugo. Fonte: Stanford.
terça-feira, 2 de agosto de 2016
Como as algas poderiam um dia curar o Parkinson
Um olhar sobre a jornada de tecnologia optogenética de água escura para o laboratório de pesquisa.
 |
| Um neurônio ativado em um emaranhado de neurônios. [Ilustração cortesia de Ed Boyden | MIT Instituto McGovern] |
"A forma ideal para estudar a propriedade de diferentes tipos de neurônios é controlar diversos tipos de células de forma independente e ver o que acontece quando você altera um tipo de célula. A optogenética ajuda a realizar este objetivo", diz Feng Zhang, membro do núcleo do Instituto Broad do Instituto de tecnologia de Massachusetts (MIT) e Harvard, que fazia parte da equipe da Universidade de Stanford que criou a tecnologia. "As células do cérebro normalmente não são sensíveis à luz. Então, através da introdução de proteínas sensíveis à luz em tipos específicos de neurônios, agora podemos controlar seletivamente o tipo específico de neurônio por um raio de luz no cérebro."
AS DESCOBERTAS
As proteínas Chlamydomonas, chamadas channelrhodopsins, foram descobertas na alga por uma equipe de investigação Centro de Ciência Texas Saúde em 2002. Liderados por John Spudich, diretor do Centro de Biologia de Membrana na Universidade de Texas-Houston Medical School, eles descobriram que a proteína não somente visa luz, mas também gera correntes elétricas quando exposta a ela. Chlamydomonas então usa essa energia para se movimentar em direção à luz.
Um documento de 2003 subsequente de pesquisadores alemães Georg Nagel, Ernst Bamberg, e Peter Hegemann mostrou que os channelrhodopsins não eram apenas úteis para a fotossíntese, mas também poderiam estimular correntes elétricas em células animais. E esse foi o grande avanço que Ed Boyden e sua equipe estavam esperando.
A CONEXÃO
Em 2000, a Boyden, que atualmente é professor associado no departamento de engenharia biológica e cérebro e ciências cognitivas do MIT, e seu orientador na Universidade de Stanford Karl Deisseroth, tinham começado a sonhar com maneiras de controlar e estudar os neurônios, os blocos de construção do sistema nervoso. Boyden tinha treinado em engenharia elétrica e física antes de perseguir seu PhD em neurociência na Universidade de Stanford, e ele ficou fascinado com o explorar das atividades elétricas dos neurônios. Os pensamentos do par se mantiveram voltando-se para usar a luz.
Por que ir por esse caminho? "A luz é fácil de manipular. Podemos rapidamente dirigir e controlar os padrões de flash de luz. Sinais neuronais são muito rápidos, na escala de tempo de centésimo de segundo, de modo que a capacidade de transformar rapidamente luz dentro e fora faz com que seja possível controlar neurônios à taxa que eles normalmente sinalizam um ao outro ", explica Zhang, que entrou na equipe no final de 2004.
Então, quando Boyden leu o jornal alemão, estava tudo clicado. "Então, tudo que temos que fazer é levar esse DNA, colocá-lo em um vetor de terapia genética, como um vírus, e colocá-lo em neurônios," Boyden disse durante uma TED Discussão sobre a gênese da optogenética em 2011. Zhang, que tem um fundo de biologia molecular, assumiu a tarefa.
"Meu primeiro desafio foi descobrir uma maneira de colocar channelrodopsina-2 em neurônios de forma confiável e segura. Eu modifiquei o vírus HIV de modo que em vez de entrega de conteúdo viral nas células infectadas, o vírus modificado iria entregar um gene para a proteína sensível à luz", diz Zhang. "Em seguida, Ed e eu fizemos brilhar luz azul sobre os neurônios infectados e medidos se despedindo depois de serem expostos. Ficamos muito felizes de ver que fomos capazes de controlar o padrão de neurônios de sinalização piscando diferentes seqüências de flashes de luz."
Animados, eles introduziram a proteína derivada de alga para os neurônios de um rato vivo, e usaram fibras ópticas para enviar luz para o cérebro e controlar com êxito esses neurônios. O resto é, como dizem, a história.
O FUTURO
Hoje em dia, a optogenética é o novo garoto super-quente na escola que todo mundo quer fazer amizade. Laboratórios ao redor do mundo estão usando-e expandindo a tecnologia que a equipe de Stanford criou para aprender como os vários tipos de neurônios contribuem para a função e comportamento de camundongos, ratos, nematóides, moscas de frutas, peixe-zebra, e até mesmo primatas não-humanos (que foi o primeiro realizado pelo grupo de Boyden no MIT). E a tecnologia é crucial para os Institutos Nacionais de novo Brain Research da Saúde através do avanço inovador neurotecnologias (cérebro) Initiative, que é parte do foco do presidente Obama no melhor entendimento do cérebro humano.
"Estudos de muitos laboratórios já começaram a identificar os circuitos específicos de neurônios envolvidos na função cognitiva normal, como memória e aprendizagem, bem como processos de doenças tais como a doença de Parkinson, depressão e autismo. Os resultados desses estudos habilitados por optogenética vai permitir-nos entender melhor doenças do cérebro e informar novas estratégias terapêuticas", diz Zhang.
Por exemplo, um estudo conduzido Deisseroth que determinados sintomas da doença de Parkinson em ratos pode ser reduzido por ativação de neurónios na região do núcleo subtalâmico do seu cérebro. E um estudo NIH constatou que disparar um conjunto específico de neurônios poderia causar ou aliviar os sintomas de depressão em camundongos em um instante.
Mas Zhang afirma que os cientistas ainda não estão prontos para usar as ferramentas diretamente no cérebro humano. "Ainda há muitos desafios e questões que precisam ser abordadas antes optogenética poder ser aplicada em seres humanos para fins terapêuticos, por exemplo, precisamos entender melhor a toxicidade de proteínas de canais iônicos sensíveis à luz:. Será que eles desencadeam respostas imunes indesejáveis quando introduzimos no corpo?"
A corrida é para descobrir as respostas que podem desvendar os mistérios do mais intrincado computador de três libras do mundo, tudo graças a uma alga unicelular. Original em inglês, tradução Google, revisão Hugo. Fonte: Fast Company.
segunda-feira, 22 de fevereiro de 2016
Químico da Buffalo University discute avanços que poderiam ajudar a tratar a doença de Parkinson
February 22, 2016 - Se você acha que seu espaço de trabalho é apertado, considere Frank Bright por um momento.
Bright é um distinto professor na cadeira do Departamento de Química na Faculdade de Artes e Ciências da UB. Ele trabalha principalmente em uma área que é 50 nanômetros de largura.
Um nanômetro é um milhão de vezes menor que um milímetro, de modo que Bright gasta muito tempo em uma área que oferece espaço para, bem, praticamente nada.
Exceto, talvez, o tipo de sensor que Bright e seus colegas estão construindo.
Com base em nanocristais, estes sensores estão fornecendo insights inovadores para a produção de neurotransmissores e como as suas concentrações são medidas no cérebro.
Muitos pesquisadores estão tentando entender melhor a produção de neurotransmissores usando ferramentas que variam de ressonância magnética funcional (ressonância magnética) a microeletrodos. Estas técnicas têm aplicações importantes, mas elas são imprecisas, com foco em uma região do cérebro que não é a área específica / com defeito.
Bright diz que estas ferramentas existentes podem determinar que uma área do cérebro está esgotada de um neurotransmissor - dopamina, por exemplo, o que pode causar a doença de Parkinson - mas os métodos são demasiado grosseiros para identificar um local real.
"Imagine o sistema de água de uma cidade inteira", diz Bright. "Uma imagem granulada-grosseira pode ser capaz de identificar uma fuga, mas para ser eficaz, o sistema tem que determinar a localização do vazamento, se é o problema que vai ser tratado."
Os neurotransmissores são moléculas que transportam informação no cérebro. Eles são liberados por sinapses que recebem um sinal elétrico. Como um náufrago liberando uma mensagem em uma garrafa com instruções para potenciais salvadores, os neurotransmissores são liberados no cérebro com instruções para as células e neurônios a desempenharem as funções específicas.
"O problema com o Parkinson, que é o que nós estamos principalmente interessados, é que se trata de uma regulação baixa de dopamina", disse Bright. "O cérebro sinaliza uma autorização, mas a sinapse não libera dopamina suficiente."
Ressonâncias magnéticas funcionais, embora poderosas, fornecem apenas uma localização aproximada das sinapses que falham. Com microeletrodos fornece refinamento mais espacial em comparação com a MRI, mas, em comparação com uma sinapse individual, é ainda 1.000 vezes demasiado grande.
Mas sensores de nanocristais tem normalmente 10 nanômetros. Isso é de 10.000 vezes menor do que a espessura de uma folha de papel de caderno e cinco vezes menor do que uma junção sináptica.
Ao modificar a química da superfície do nanosensor, os pesquisadores podem criar pequenos sensores fotoluminescentes que mudam como eles emitem luz na presença de neurotransmissores específicos.
"No caso da dopamina, que modifica a química da superfície de ligação de um pequeno pedaço de DNA ou RNA de modo a que a dopamina é reconhecida e ligada à superfície dos nanocristais," diz Bright. "A ligação altera a superfície do cristal, o qual, em seguida, modifica a cor da luz emitida."
Os nanocristais também são tratados com uma molécula de direcionamento que são atraídos por proteínas específicas em uma sinapse. Isto os torna os sensores o local certo para fazer as suas medições antes de desaparecerem.
"A existência do cristal é passageira no líquido", diz Bright. "Ele dissolve-se em cerca de 50 minutos para formar o ácido silícico, o que é intrínseco ao corpo."
E isso é apenas o começo.
Além de medir e segmentação, Bright diz algum dia que esses nanocristais podem até transportar uma carga útil que poderia ser lançada em dopamina deficiente ou outras sinapses esgotados.
"Isso é algo que nós queremos trabalhar a seguir."
Mais uma vez, encontrar o local específico é imperativo. Neurotransmissores que aleatoriamente liberam dopamina iriam sobrecarregar as áreas do cérebro que estavam funcionando normalmente.
"Não é como uma bomba de insulina que indiscriminadamente libera insulina no corpo que é distribuída pelo sistema circulatório", diz Bright. "A entrega de um neurotransmissor tem que ser focada na sinapse em nível individual."
Bright vai discutir suas pesquisas com estudiosos próximos na palestra “Lighting the Brain’s Neurotransmission Highway”, a ter lugar amanhã em Miami.
Agora em sua terceira temporada, Scholars on the Road apresenta os membros da faculdade da UB discutindo suas pesquisas e áreas de especialização com ex-alunos, tendo a experiência de sala de aula e compartilhá-la com ex-alunos da UB aqui em Buffalo e em todo o país. Original em inglês, tradução Google, revisão Hugo. Fonte: Buffalo.
Bright é um distinto professor na cadeira do Departamento de Química na Faculdade de Artes e Ciências da UB. Ele trabalha principalmente em uma área que é 50 nanômetros de largura.
Um nanômetro é um milhão de vezes menor que um milímetro, de modo que Bright gasta muito tempo em uma área que oferece espaço para, bem, praticamente nada.
Exceto, talvez, o tipo de sensor que Bright e seus colegas estão construindo.
Com base em nanocristais, estes sensores estão fornecendo insights inovadores para a produção de neurotransmissores e como as suas concentrações são medidas no cérebro.
Muitos pesquisadores estão tentando entender melhor a produção de neurotransmissores usando ferramentas que variam de ressonância magnética funcional (ressonância magnética) a microeletrodos. Estas técnicas têm aplicações importantes, mas elas são imprecisas, com foco em uma região do cérebro que não é a área específica / com defeito.
Bright diz que estas ferramentas existentes podem determinar que uma área do cérebro está esgotada de um neurotransmissor - dopamina, por exemplo, o que pode causar a doença de Parkinson - mas os métodos são demasiado grosseiros para identificar um local real.
"Imagine o sistema de água de uma cidade inteira", diz Bright. "Uma imagem granulada-grosseira pode ser capaz de identificar uma fuga, mas para ser eficaz, o sistema tem que determinar a localização do vazamento, se é o problema que vai ser tratado."
Os neurotransmissores são moléculas que transportam informação no cérebro. Eles são liberados por sinapses que recebem um sinal elétrico. Como um náufrago liberando uma mensagem em uma garrafa com instruções para potenciais salvadores, os neurotransmissores são liberados no cérebro com instruções para as células e neurônios a desempenharem as funções específicas.
"O problema com o Parkinson, que é o que nós estamos principalmente interessados, é que se trata de uma regulação baixa de dopamina", disse Bright. "O cérebro sinaliza uma autorização, mas a sinapse não libera dopamina suficiente."
Ressonâncias magnéticas funcionais, embora poderosas, fornecem apenas uma localização aproximada das sinapses que falham. Com microeletrodos fornece refinamento mais espacial em comparação com a MRI, mas, em comparação com uma sinapse individual, é ainda 1.000 vezes demasiado grande.
Mas sensores de nanocristais tem normalmente 10 nanômetros. Isso é de 10.000 vezes menor do que a espessura de uma folha de papel de caderno e cinco vezes menor do que uma junção sináptica.
Ao modificar a química da superfície do nanosensor, os pesquisadores podem criar pequenos sensores fotoluminescentes que mudam como eles emitem luz na presença de neurotransmissores específicos.
"No caso da dopamina, que modifica a química da superfície de ligação de um pequeno pedaço de DNA ou RNA de modo a que a dopamina é reconhecida e ligada à superfície dos nanocristais," diz Bright. "A ligação altera a superfície do cristal, o qual, em seguida, modifica a cor da luz emitida."
Os nanocristais também são tratados com uma molécula de direcionamento que são atraídos por proteínas específicas em uma sinapse. Isto os torna os sensores o local certo para fazer as suas medições antes de desaparecerem.
"A existência do cristal é passageira no líquido", diz Bright. "Ele dissolve-se em cerca de 50 minutos para formar o ácido silícico, o que é intrínseco ao corpo."
E isso é apenas o começo.
Além de medir e segmentação, Bright diz algum dia que esses nanocristais podem até transportar uma carga útil que poderia ser lançada em dopamina deficiente ou outras sinapses esgotados.
"Isso é algo que nós queremos trabalhar a seguir."
Mais uma vez, encontrar o local específico é imperativo. Neurotransmissores que aleatoriamente liberam dopamina iriam sobrecarregar as áreas do cérebro que estavam funcionando normalmente.
"Não é como uma bomba de insulina que indiscriminadamente libera insulina no corpo que é distribuída pelo sistema circulatório", diz Bright. "A entrega de um neurotransmissor tem que ser focada na sinapse em nível individual."
Bright vai discutir suas pesquisas com estudiosos próximos na palestra “Lighting the Brain’s Neurotransmission Highway”, a ter lugar amanhã em Miami.
Agora em sua terceira temporada, Scholars on the Road apresenta os membros da faculdade da UB discutindo suas pesquisas e áreas de especialização com ex-alunos, tendo a experiência de sala de aula e compartilhá-la com ex-alunos da UB aqui em Buffalo e em todo o país. Original em inglês, tradução Google, revisão Hugo. Fonte: Buffalo.
Assinar:
Postagens (Atom)