Estudando a função cerebral

Scientists create entirely new way to study brain function
Cientistas criam maneira inteiramente nova de estudar a função cerebral
July 15th, 2009

(PhysOrg.com) -- Cientistas da Duke University e da University of North Carolina descobriram uma técnica química que promete permitir aos neurocientistas descobrir a função de qualquer população de neurônios do cérebro animal e fornecer indícios de como tratar e evitar doenças cerebrais.
Com a técnica descrita na Neuron (online) de 15 de julho, os cientistas serão capazes de ativar não invasivamente populações inteiras de tipos individuais de neurônios do interior de uma estrutura cerebral.
'Descobrimos um método no qual a administração sistêmica em um rato mutante de uma substância química, inerte em outro contexto, ativa seletivamente um grupo distinto de neurônios', disse James McNamara, M.D., diretor do Duke Department of Neurobiology e coautor desse estudo. 'Diversificações desse método permitirão que os cientistas trabalhem com diferentes tipos de ratos mutantes nos quais grupos distintos de neurônios serão ativados por essa substância química, para que os cientistas possam entender os comportamentos mediados por cada um desses grupos'.
No momento, a maioria dos cientistas aprendem sobre função cerebral correlacionando a atividade cerebral a certos comportamentos; conectando uma área danificada do cérebro com uma perda observada de função; ou ativando estruturas inteiras do cérebro invasivamente e observando o comportamento resultante.
'Saber o que é que faz um tipo particular de neurônio de uma região cerebral específica ajudará os pesquisadors a encontrar a raiz de certas doenças, para que possam ser efetivamente tratadas', disse McNamara, que é especialista em epilepsia. Ele lembrou que o cérebro humano contém bilhões de neurônios que são organizados em milhares de grupos diferentes que precisam ser estudados.
Há quatro anos, o coautor Bryan Roth, M.D., Ph.D. e colegas da UNC dispuseram-se a criar um receptor celular ativado por uma droga inerte, mas não por nada mais. 'Basicamente, queríamos criar um interruptor químico', disse Roth, que é o Michael Hooker Distinguished Professor de Farmacologia da UNC-Chapel Hill.
'Queríamos colocar esse interruptor em neurônios para que pudéssemos ligá-los para estudar o cérebro', disse Roth, que teve formação em psiquiatria. 'Na época, a idéia era como ficção científica'.
Eles utilizaram a genética do fermento para desenvolver o receptor específico que pudesse reagir com uma substância química específica, porque o fermento produz novas gerações rapidamente. 'Se a teoria da evolução não fosse verdadeira, esse experimento não teria funcionado', acrescentou Roth.
O laboratório, então, trabalhou para criar um receptor similar em ratos. Na tentativa inicial para criar ratos que expressassem o receptor, o laboratório posicionou a expressão do receptor em neurônios do hipocampo e do córtex do cérebro. O receptor foi projetado para ser ativado pela droga clozapine-N-oxide (CNO), que não tem outros efeitos em ratos e nenhum efeito em neurônios normais, aqueles sem o receptor.
Roth pediu a um aluno que injetasse CNO nos ratos. Eles esperavam registrar algum tipo de modificação da atividade neuronal, mas surpreenderam-se ao ver que os ratos tinham convulsões. Repentinamente, tinham um modelo para estudar a epilepsia.
Roth imediatamente procurou a colaboração de especialistas em epilepsia, e entrou em contato com McNamara na Duke. Juntos, trabalharam nesse sistema que lhes permitia regular a atividade neuronal de ratos com o CNO injetado e cruzar a blood-brain barrier para acessar neurônios cerebrais profundos. Com esse modelo, os cientistas foram capazes de examinar a atividade neuronal que levava a convulsões e a atividade que ocorria durante essas convulsões.
Este receptor foi projetado para uso experimental em animais. 'Com base naquilo que aprendêssemos com o modelo animal da doença, poderíamos conseguir melhores tratamentos localizados para seres humanos', disse Georgia Alexander, Ph.D., pósdoutoranda na Duke Neurobiology e coautora. 'O melhor desses receptores ativados por drogas é que podiam ser aplicados para se estudar qualquer estado mórbido, não apenas a epilepsia. Com isso, você poderia tentar ativar seletivamente outras populações de neurônios, por exemplo, em um modelo animal da doença de Parkinson'. Roth disse que a técnica não está limitada a neurônios e cérebros, e está sendo usada também para outras células do corpo.
Alexander disse que agora os pesquisadores podem investigar que áreas do cérebro são mais susceptíveis e críticas quanto ao aparecimento de convulsões, 'porque também podemos utilizar técnicas semelhantes para desativar ou silenciar neurônios'.
Por exemplo, algumas pessoas que têm convulsões têm uma porção de seu lobo temporal removida do cérebro. 'Agora podemos indagar se existe uma parte do cérebro ou uma população de neurônios que poderíamos silenciar seletivamente, o que seria uma maneira melhor de tratar pacientes com epilepsia?' perguntou Alexander".
Source: Duke University Medical Center
http://www.physorg.com/news166882069.html

Agora que está explicadinho, pode-se ler o abstract/resumo do artigo original e entender melhor:

Abstract
Examining the behavioral consequences of selective CNS neuronal activation is a powerful tool for elucidating mammalian brain function in health and disease. Newly developed genetic, pharmacological, and optical tools allow activation of neurons with exquisite spatiotemporal resolution; however, the inaccessibility to light of widely distributed neuronal populations and the invasiveness required for activation by light or infused ligands limit the utility of these methods. To overcome these barriers, we created transgenic mice expressing an evolved G protein-coupled receptor (hM3Dq) selectively activated by the pharmacologically inert, orally bioavailable drug clozapine-N-oxide (CNO). Here, we expressed hM3Dq in forebrain principal neurons. Local field potential and single-neuron recordings revealed that peripheral administration of CNO activated hippocampal neurons selectively in hM3Dq-expressing mice. Behavioral correlates of neuronal activation included increased locomotion, stereotypy, and limbic seizures. These results demonstrate a powerful chemical-genetic tool for remotely controlling the activity of discrete populations of neurons in vivo.

Remote Control of Neuronal Activity in Transgenic Mice Expressing Evolved G Protein-Coupled Receptors
Neuron, Volume 63, Issue 1, 16 July 2009, Pages 27-39
Georgia M. Alexander, Sarah C. Rogan, Atheir I. Abbas, Blaine N. Armbruster, Ying Pei, John A. Allen, Randal J. Nonneman, John Hartmann, Sheryl S. Moy, Miguel A. Nicolelis, James O. McNamara, Bryan L. Roth