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Pesquisadores da Universidade da Califórnia, Davis desenvolveram uma ferramenta rápida e não invasiva para rastrear os neurônios e biomoléculas ativados no cérebro por drogas psicodélicas. A ferramenta baseada em proteína, que é chamada Ca2+-Split-TurboID ativado, ou CaST, é descrito em pesquisa publicada em Métodos da Natureza.
Tem havido um interesse crescente no valor de compostos inspirados em psicodélicos como tratamentos para distúrbios cerebrais, incluindo depressão, transtorno de estresse pós-traumático e transtorno de uso de substâncias. Compostos psicodélicos como LSD, DMT e psilocibina promovem o crescimento e o fortalecimento de neurônios e suas conexões no córtex pré-frontal do cérebro. A nova ferramenta pode ajudar os cientistas a desbloquear os benefícios dos tratamentos psicodélicos para pacientes com distúrbios cerebrais.
“É importante pensar sobre os mecanismos celulares sobre os quais esses psicodélicos agem”, disse Christina Kim, professora assistente de neurologia no UC Davis Center for Neuroscience and School of Medicine, e afiliada do UC Davis Institute for Psychedelics and Neurotherapeutics. “Quais são eles? Uma vez que sabemos disso, podemos projetar diferentes variantes que visam o mesmo mecanismo, mas com menos efeitos colaterais.”
Esta pesquisa fornece aos cientistas uma nova técnica que pode ser usada para rastrear passo a passo os processos de sinalização molecular que são responsáveis pelos efeitos neuroplasticidade benéficos desses compostos. Além disso, o CaST realiza a tarefa de marcação celular em tempo rápido, levando de 10 a 30 minutos em vez das horas típicas de outros métodos de marcação.
“Nós projetamos essas proteínas no laboratório que podem ser empacotadas em DNA e então colocadas em vírus adeno-associados inofensivos”, disse Kim. “Uma vez que entregamos a ferramenta CaST e essas proteínas em neurônios, então elas incubam dentro das células e começam a se expressar.”
A pesquisa foi conduzida em colaboração com David Olson, diretor fundador do Instituto de Psicodélicos e Neuroterapêuticos e professor dos departamentos de Química, Bioquímica e Medicina Molecular.
Um instantâneo do cérebro
A ferramenta CaST aproveita as mudanças nas concentrações de cálcio intracelular, um marcador quase universal para rastrear a atividade em um neurônio. Quando os neurônios exibem alta atividade, eles exibem altos níveis de cálcio. O CaST usa essa sugestão para marcar a célula com uma pequena biomolécula chamada biotina.
No estudo, Kim e seus colegas dosaram camundongos com psilocibina psicodélica. Eles então usaram CaST em conjunto com biotina para identificar neurônios com aumento de cálcio no córtex pré-frontal. O córtex pré-frontal é uma área afetada por muitos distúrbios cerebrais e também uma área onde os psicodélicos promovem o crescimento e o fortalecimento neuronal.
Os pesquisadores também monitoram as respostas de contração da cabeça nos camundongos. Respostas de contração da cabeça são o principal correlato comportamental para alucinações causadas por psicodélicos.
“O que é legal sobre o CaST é que ele pode ser usado em um animal que se comporta livremente”, disse Kim, observando que outras tecnologias de marcação celular exigem a estabilização da cabeça de um camundongo para realizar a imagem. “A biotina também é um ótimo substrato de marcação porque há muitas ferramentas comerciais pré-existentes que podem relatar se a biotina está presente ou não apenas por um método simples de coloração e imagem.”
O experimento de prova de conceito forneceu o que Kim chamou de “um instantâneo de câmera” das áreas no córtex pré-frontal ativadas pela psilocibina.
Próximos passos
Kim e seus colegas estão agora trabalhando em métodos para habilitar a rotulagem celular em todo o cérebro com a ferramenta CaST. Além disso, eles estão explorando maneiras de enriquecer a assinatura de proteínas individuais produzidas por neurônios afetados por psicodélicos.
“Podemos enviar essas amostras para o UC Davis Proteomics Core Facility e eles podem nos dar uma imagem imparcial de todas as proteínas que identificamos”, disse Kim. “Queremos examinar todo o seu conteúdo em termos de quais proteínas eles expressam, quais genes eles expressam e tentar ver o que é diferente em animais tratados com psilocibina versus animais de controle ou modelos animais de doenças.”
O objetivo é identificar como os psicodélicos beneficiam os perfis celulares de pessoas com distúrbios cerebrais, elucidando o processo celular passo a passo de seus efeitos terapêuticos.
Kim demonstrou interesse em conduzir experimentos futuros em colaboração com o laboratório de Olson que usem a ferramenta CaST para comparar a atividade neuronal induzida por psicodélicos com a atividade induzida por neuroterapêuticos não alucinógenos.
“O CaST será uma ferramenta importante para estudar os mecanismos de ação desses medicamentos neuroterapêuticos”, disse Kim.
Outros autores da UC Davis no estudo incluem os autores principais Run Zhang e Maribel Anguiano, e Isak K. Aarrestad, Sophia Lin, Joshua Chandra e Sruti S. Vadde.
O trabalho foi apoiado por doações da Brain and Behavior Research Foundation, Kinship Foundation, Arnold and Mabel Beckman Foundation, NIH, NSF e Boone Family Foundation.
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