A estimulação elétrica do cérebro humano ativa diferentes programas genéticos em diferentes tipos celulares

Neurônios¹ que antes codificavam as memórias de uma pessoa agora estão ajudando pesquisadores a identificar alvos genéticos que, um dia, poderão auxiliar na preservação da memória e retardar o declínio cognitivo² em outras pessoas.

Em um estudo publicado na revista Nature, pesquisadores da UCLA Health e do University of Texas Southwestern Medical Center utilizaram amostras reais de tecido³ cerebral humano, doadas por pacientes submetidos a neurocirurgias e mantidas vivas em laboratório por vários dias, para investigar os mecanismos subjacentes à estimulação cerebral profunda.

A estimulação cerebral profunda utiliza impulsos elétricos, transmitidos por meio de implantes cerebrais, para alterar a forma como os neurônios¹ se comunicam. Essa técnica tem demonstrado grande potencial no tratamento de diversos transtornos neurológicos e psiquiátricos, como a doença de Parkinson⁴ e o transtorno obsessivo-compulsivo.

Estudos recentes têm avaliado se a estimulação poderia ajudar a enfrentar o crescente problema do declínio cognitivo². No entanto, ainda não se compreende bem como essa estimulação afeta os diferentes tipos de células⁵ cerebrais humanas e quais genes estão envolvidos nesse processo; até o momento, os testes haviam sido realizados apenas em tecidos animais ou cultivados em laboratório.

Testando a estimulação em tecido³ vivo

Acredita-se que este novo estudo seja o primeiro a reproduzir padrões elétricos semelhantes aos da estimulação cerebral profunda em tecido³ cerebral humano vivo, mantido fora do corpo.

Após a aplicação da estimulação elétrica, os pesquisadores observaram que as células⁵ cerebrais passaram a se comunicar de forma mais sincronizada, um padrão que, acredita-se, auxilia o cérebro⁶ na formação de memórias. Paralelamente, a equipe analisou como a estimulação alterava a expressão gênica em diferentes tipos de células⁵ cerebrais, isolando núcleos celulares individuais e registrando a atividade genética de cada tipo de célula⁷.

Os resultados revelam que tanto os neurônios¹ quanto as células⁵ de suporte não neuronais (como os astrócitos⁸) ativam programas genéticos específicos em resposta à estimulação. Isso oferece uma nova perspectiva sobre como o cérebro⁶ humano reage a essas terapias em nível molecular. Padrões semelhantes também foram observados em tecidos de indivíduos que haviam sido submetidos à estimulação cerebral antes da remoção do tecido³, demonstrando que esses efeitos também ocorriam no organismo.

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Ativação gênica em diferentes tipos celulares

“Não apenas foi um privilégio e um desafio trabalhar com tecido³ cerebral humano vivo doado, como ver esse material revelar genes e tipos celulares subjacentes à plasticidade cerebral humana, apontando-os como novos alvos para terapias futuras, torna o trabalho ainda mais significativo”, afirmou a autora sênior⁹ do estudo, Genevieve Konopka, chefe do Departamento de Neurobiologia da UCLA Health.

“Ao compreender exatamente quais genes são ativados em quais células⁵ durante a estimulação, podemos começar a desenvolver abordagens mais precisas para a estimulação cerebral profunda e, potencialmente, complementar essa estratégia clínica com terapias farmacológicas para ajudar a retardar o declínio cognitivo².”

As amostras de tecido³ cerebral foram obtidas do córtex temporal, localizado nas laterais da camada mais externa do cérebro⁶, uma região fundamental para a memória e processos cognitivos¹⁰ relacionados. Os pesquisadores reconhecem a necessidade de mais estudos para determinar os efeitos moleculares da estimulação a longo prazo, a maneira como as células⁵ estimuladas afetam as células⁵ vizinhas e como a terapia impacta regiões mais profundas do cérebro⁶, cujas amostras são mais difíceis de obter de doadores vivos.

Confira a seguir o resumo do artigo publicado.

A estimulação modula conjuntos celulares associados a genes no cérebro⁶ humano

A remodelação de circuitos corticais por meio de estimulação representa uma terapia emergente para a restauração da função cognitiva¹¹; no entanto, os mecanismos biológicos subjacentes aos seus efeitos permanecem amplamente inexplorados em humanos.

Neste estudo, para investigar diretamente os mecanismos de neuromodulação desencadeados pela estimulação cerebral humana, desenvolveu-se uma plataforma ex vivo que integra a estimulação via matriz de microeletrodos com o registro simultâneo e a genômica de núcleo único em tecido³ do córtex temporal ressecado de pacientes submetidos a neurocirurgia.

Foi descoberto que a estimulação fortalece conjuntos celulares e esse efeito foi associado a redes de regulação gênica específicas de tipos celulares. Além disso, demonstrou-se a possibilidade de generalização desses achados ao identificar assinaturas comuns de expressão gênica específicas de tipos celulares no córtex humano após estimulação in vivo.

Em conjunto, esses resultados estabelecem uma base para a identificação de assinaturas genéticas associadas à fisiologia¹² e passíveis de serem direcionadas, que poderiam ser aproveitadas para fins terapêuticos por meio de estratégias de neuromodulação.