Minúsculos nanotubos cerebrais encontrados pela Johns Hopkins podem espalhar a doença de Alzheimer

Seus experimentos, que usaram camundongos geneticamente modificados e ferramentas avançadas de imagem, foram apoiados pelos Institutos Nacionais de Saúde e publicados em 2 de outubro em Ciência. Segundo a equipa, a descoberta poderá aprofundar a compreensão científica de como a doença de Alzheimer e outras doenças neurodegenerativas se desenvolvem, oferecendo caminhos potenciais para novos tratamentos.

No estudo, os cientistas observaram que esses tubos microscópicos, conhecidos como nanotubos, foram formados principalmente para ajudar os neurônios a expelir pequenas moléculas tóxicas, como o beta-amilóide. Esta proteína pode agrupar-se em placas pegajosas, uma das características definidoras da doença de Alzheimer.

“As células têm de se livrar de moléculas tóxicas e, ao produzirem um nanotubo, podem então transmitir esta molécula tóxica para uma célula vizinha”, diz o autor correspondente Hyungbae Kwon, professor associado de neurociência na Escola de Medicina da Universidade Johns Hopkins. “Infelizmente, isso também resulta na disseminação de proteínas prejudiciais para outras áreas do cérebro”.

Com a ajuda de microscópios poderosos e imagens de células vivas, a equipe observou enquanto os neurônios criavam extensões longas e delgadas entre seus dendritos – as projeções ramificadas que conectam as células cerebrais. Esses “nanotubos dendríticos”, como os pesquisadores os chamam, pareciam transportar moléculas prejudiciais de um neurônio para outro.

“As estruturas longas e finas em forma de coluna desses nanotubos dendríticos ajudam a transferir informações rapidamente de neurônio para neurônio”, diz Kwon. “Esses nanotubos podem transportar cálcio, íons ou moléculas tóxicas e são ideais para enviar informações a células distantes”.

Simulações computacionais do processo refletiram os estágios iniciais do acúmulo de amiloide, ou “amiloidose precoce”, e revelaram o que os pesquisadores descrevem como uma “camada de conectividade nanotubular” que acrescenta uma nova dimensão à forma como as células cerebrais interagem.

Kwon observa que esses insights poderiam ajudar os cientistas a refinar abordagens para o tratamento da doença de Alzheimer e condições semelhantes.

Para explorar o fenómeno, os investigadores recolheram pequenas amostras de tecido cerebral de ratos saudáveis ​​e examinaram-nas com microscopia de alta resolução, permitindo-lhes visualizar os nanotubos com detalhes notáveis ​​e rastrear como eles moviam materiais entre os neurónios.

Eles então compararam essas amostras com tecido cerebral de camundongos geneticamente modificados para desenvolver acúmulo de amiloide semelhante ao Alzheimer.

Os investigadores dizem que os ratos com doença de Alzheimer tinham um número aumentado de nanotubos no cérebro aos três meses de idade, quando os ratos não apresentavam sintomas, em comparação com ratos normais da mesma idade. Aos seis meses de idade, o número de nanotubos em camundongos normais e naqueles com doença de Alzheimer começou a se igualar.

Ao observar mais de perto os neurônios humanos (amostrados com permissão de um banco de dados de microscopia eletrônica disponível publicamente), os cientistas identificaram nanotubos com morfologia semelhante formando-se entre neurônios da mesma forma que os ratos de laboratório os desenvolveram.

Em experimentos futuros, diz Kwon, a equipe se concentrará em saber se existem redes de nanotubos em larga escala em outros tipos de células além dos neurônios no cérebro. Eventualmente, ele pretende projetar um experimento no qual os pesquisadores criem um nanotubo para ver como ele afeta o estado das células.

Com esse conhecimento, diz Kwon, existe a possibilidade de um dia aumentar ou diminuir a produção de nanotubos para proteger o cérebro.

“Ao conceber um tratamento potencial com base neste trabalho, podemos definir como os nanotubos são produzidos – aumentando ou diminuindo a sua formação – de acordo com o estágio da doença”, diz Kwon.

O financiamento para esta pesquisa foi fornecido pelos Institutos Nacionais de Saúde (DP1MH119428 e R01NS138176).

Pesquisadores adicionais que conduziram o estudo são Minhyeok Chang, Sarah Krüssel, Juhyun Kim, Daniel Lee, Alec Merodio e Jaeyoung Kwon da Johns Hopkins; e Laxmi Kumar Parajuli e Shigeo Okabe da Universidade de Tóquio, Japão.