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Pesquisadores da Duke-NUS Medical School descobriram que uma nova classe de proteínas sensíveis à luz é capaz de desligar as células cerebrais com luz, oferecendo aos cientistas uma ferramenta eficaz sem precedentes para investigar a função cerebral. O estudo, publicado recentemente em Natureza Comunicaçõesabre novas e excitantes oportunidades para aplicar a optogenética para investigar a atividade cerebral subjacente a distúrbios neurodegenerativos e psiquiátricos, como a doença de Parkinson e a depressão.
A optogenética é uma técnica em que células específicas são bioengenhadas para incluir proteínas sensíveis à luz que atuam como interruptores, permitindo aos pesquisadores controlar com precisão a atividade elétrica dessas células. Neurônios e células nervosas com interruptores optogenéticos podem ser usados para estudar como diferentes células participam de vários circuitos e comportamentos cerebrais.
A equipe mostrou que canais específicos de potássio, conhecidos como canalrodopsinas de potássio, podem servir como instrumentos eficazes para regular a atividade das células cerebrais em três animais experimentais críticos: peixes, vermes e moscas.
Stanislav Ott, pesquisador sênior do Programa de Neurociências e Distúrbios Comportamentais da Duke-NUS e primeiro autor do estudo, disse:”Esses canais de potássio agem como pequenos portões nas membranas celulares. Quando expostos à luz, esses portões se abrem e permitem que os íons de potássio fluir, ajudando a acalmar a atividade nas células cerebrais, o que nos oferece novos insights sobre como as atividades cerebrais são reguladas”.
Os íons de potássio são essenciais para a função elétrica normal em todas as células humanas. Os canais de potássio são proteínas especializadas presentes nas membranas celulares que permitem o fluxo de íons de potássio. Eles regulam o fluxo de íons de potássio através da membrana celular para manter vários processos celulares e são essenciais para a transmissão do impulso nervoso, contração muscular e manutenção do equilíbrio de fluidos celulares.
O professor associado Adam Claridge-Chang, do Programa de Neurociências e Distúrbios Comportamentais da Duke-NUS e autor sênior deste estudo, disse: “Desenvolvemos outros interruptores de controle remoto anteriormente, mas descobrimos que esses canais de potássio são ainda mais versátil, proporcionando uma maneira muito útil de estudar como o cérebro funciona.”
Quando desencadeadas pela luz, as novas rodopsinas dos canais de potássio permitem que os íons de potássio deixem um neurônio, alterando o gradiente elétrico através da membrana. Esta alteração, conhecida como hiperpolarização, dificulta ao neurônio a geração do sinal elétrico conhecido como potencial de ação. Sem potenciais de ação, a comunicação de um neurônio com outras células é bastante suprimida ou mesmo silenciada.
A capacidade de silenciar células cerebrais usando canais de potássio acionados por luz abre caminhos interessantes para estudar as intrincadas interações entre diferentes regiões do cérebro. Também oferece uma abordagem promissora para explorar os mecanismos patológicos subjacentes aos distúrbios neurodegenerativos, do neurodesenvolvimento e psiquiátricos. Essas ferramentas ajudarão os cientistas a formar uma compreensão mais profunda do cérebro e a construir caminhos para tratamentos mais eficazes para distúrbios cerebrais.
O professor Patrick Tan, vice-reitor sênior de pesquisa da Duke-NUS, disse:”Desvendar os mistérios do cérebro continua sendo um dos maiores desafios da ciência. Pesquisas como esta de Adam Claridge-Chang e equipe equipam os cientistas com melhores ferramentas para estudar o intrincado comunicação que ocorre no cérebro humano e é essencial para avançar a nossa compreensão tanto dos cérebros saudáveis como dos distúrbios neurológicos, compreensão que nos permitirá desenvolver novos tratamentos eficazes para estas condições.”
Duke-NUS é líder em pesquisa e inovação médica, com o compromisso de melhorar o atendimento ao paciente por meio de descobertas científicas. Este estudo faz parte de seus esforços contínuos para avançar na compreensão das condições neurológicas e psiquiátricas.
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