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Quanto tempo decorre entre uma pancada na cabeça e o início dos danos associados à doença de Alzheimer?
Um dispositivo que permite rastrear os efeitos da força concussiva em um conjunto funcional de células cerebrais sugere que a resposta está em horas. A “lesão cerebral traumática (TCE) em um chip” que está sendo desenvolvida na Universidade de Purdue abre uma janela para uma causa e efeito que se anuncia com o passar das décadas, mas é extremamente difícil de rastrear até suas origens.
“Estamos basicamente criando um cérebro em miniatura que podemos atingir e depois estudar”, disse Riyi Shi, pesquisador principal e professor dotado de Neurociência Aplicada Mari Hulman George na Faculdade de Medicina Veterinária da Universidade Purdue. “Sabemos que existe uma ligação entre o TCE e a doença de Alzheimer; isso está bem estabelecido na observação clínica. Mas descobrir o caminho essencial básico não é fácil. Com o TCE num chip, somos capazes de testar muitas hipóteses que seriam muito difícil de fazer em animais vivos.”
Num estudo recentemente publicado em Laboratório em um chip, uma equipe de pesquisa liderada por Shi submeteu grupos funcionais de neurônios cultivados de ratos embrionários a três golpes de força de 200 g, cada um aproximando-se do limite superior do que um jogador de futebol recebe em um único golpe. O trauma leva a um aumento imediato na produção de acroleína – uma molécula associada ao estresse oxidativo e a doenças neurodegenerativas – e a um aumento nos aglomerados mal dobrados da proteína beta amilóide 42 (AB42), que é encontrada em massas chamadas placas no cérebro. de pessoas com doença de Alzheimer. Experimentos adicionais traçaram as ligações entre impacto, acroleína e AB42.
O dispositivo também pode ser usado para testar possíveis terapêuticas, incluindo medicamentos conhecidos por reduzir os níveis de acroleína. No estudo atual, a equipe de Shi usou o dispositivo para mostrar que a droga hidralazina, um conhecido eliminador de acroleína aprovado pela Food and Drug Administration dos EUA para reduzir a pressão arterial, reduz a quantidade de acroleína e os níveis de AB42 mal dobrado produzidos no cluster. de neurônios após um golpe. Shi, que tem uma longa história de estudo de doenças neurodegenerativas, acroleína e hidralazina, disse que o TCE num chip permitiu uma descoberta que ele buscou ao longo de duas décadas de estudo.
“Agora que sabemos o que está acontecendo, há algo que possamos fazer a respeito? E a resposta é sim”, disse Shi, que também é membro do Instituto Purdue de Neurociência Integrativa. “A acroleína depende do tempo; quanto mais tempo estiver lá, maior será a agregação de AB42. Aqui mostramos que se reduzirmos a acroleína com este medicamento, podemos diminuir a inflamação e a agregação de AB42.”
O dispositivo, fabricado sob medida no Purdue Center for Paralysis Research, usa um pêndulo para fornecer uma força G específica a uma pequena câmara que abriga um conjunto de 250 mil neurônios sustentados por um leito de nutrientes. Um conjunto microeletrônico embutido na câmara mede a atividade elétrica dos neurônios, que sustentará padrões de disparo funcionais por várias semanas, enquanto uma porta de visualização clara permite a observação microscópica dos neurônios. Os pesquisadores removem o aglomerado de neurônios da câmara em intervalos para realizar medições bioquímicas específicas.
“Há várias coisas únicas que fazemos aqui, mas uma das maiores é que você pode atingir esse chip sem danificá-lo, para poder causar impacto em um modelo vivo e continuar a estudá-lo”, disse Shi.
Shi começou a trabalhar no dispositivo na pós-graduação, incorporando ao longo de várias décadas recursos que permitem estudar os efeitos posteriores de um golpe inicial. Um artigo de 2022 na Nature Scientific Reports usou o dispositivo para mostrar o aumento de acroleína que ocorre após uma dose, e Shi disse que as descobertas mais recentes sugerem o poder do modelo.
“Graças a este dispositivo, as pessoas devem saber que, quando você sofre uma concussão, não tem 10 anos para ver os danos”, disse Shi. “O tempo começa a contar imediatamente e, se quisermos fazer algo a respeito, precisamos agir rapidamente.”
Nas primeiras 24 horas após um acerto, os resultados mostram níveis elevados de acroleína nos aglomerados de neurônios e um aumento de 350% na produção de AB42 mal dobrado. Shi disse que a acroleína deforma o AB42 normal ao se ligar a seções da proteína que contribuem para a estabilidade estrutural. Na verdade, quando a equipa conduziu uma experiência simples combinando grandes quantidades de acroleína com AB42 normal purificado suspenso em fluido, encontraram níveis elevados de AB42 mal dobrado. A proteína adequadamente dobrada é suficientemente frágil que mesmo submeter o AB42 purificado normal em fluido (sem acroleína) a um impacto foi suficiente para provocar um dobramento incorreto.
“Esta patologia beta-amilóide começou em poucas horas, talvez imediatamente. Nunca se ouviu falar disso”, disse Shi. “É como atacar a viga que sustenta o peso na parede de uma casa. Se você quebrar aquela viga, é claro que a casa vai cair.”
Shi foi acompanhado na pesquisa pelos colegas de Purdue Edmond A. Rogers, primeiro autor, e co-autores Timothy Beauclair, Jhon Martinez, Shatha J. Mufti, David Kim, Siyuan Sun, Rachel L. Stingel, Nikita Krishnan e Jennifer Crodian, sênior pesquisador associado do Center for Paralysis Research de Purdue, bem como Alexandra M. Dieterly do Charles River Laboratory. O estudo foi apoiado pelo estado de Indiana, pelos Institutos Nacionais de Saúde e pela Plexon Inc.
Seguindo em frente, disse Shi, ele poderá incorporar vários recursos adicionais, o que permitiria medições de forças mínimas que as células experimentam durante o golpe e testes bioquímicos – como verificar os níveis de acroleína – sem remover as células da câmara.
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