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Novo biomarcador para ressonância magnética pode revelar mais sobre o funcionamento interno do cérebro
Usando um novo biomarcador para ressonância magnética funcional (fMRI), engenheiros biológicos do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) criaram uma maneira de monitorar populações individuais de neurônios e revelar como eles interagem entre si.
Semelhante à forma como as engrenagens interagem de maneiras específicas para girar os ponteiros do relógio, diferentes partes do cérebro interagem para realizar uma variedade de tarefas, como gerar comportamento ou interpretar o mundo ao nosso redor. O novo biomarcador para ressonância magnética poderia permitir aos cientistas mapear essas redes de interações.
“Com a fMRI regular, vemos a ação de todas as ‘engrenagens’ de uma só vez. Mas com nossa nova técnica, podemos seguir engrenagens individuais que são definidas por sua relação com as outras engrenagens, e isso é fundamental para construir uma imagem do mecanismo do cérebro”, disse o Dr. Alan Jasanoff, professor de Engenharia Biológica, Cérebro e Ciências Cognitivas e Ciência e Engenharia Nuclear do MIT.
Usando essa técnica, que envolve o direcionamento genético do biomarcador de ressonância magnética para populações específicas de células em modelos animais, os pesquisadores conseguiram identificar populações neurais envolvidas em um circuito que responde a estímulos recompensadores. O novo biomarcador também pode permitir estudos de muitos outros circuitos cerebrais, dizem os pesquisadores.
O professor Alan Jasanoff é o autor sênior do estudo, que foi publicado na revista científica Nature Neuroscience. Os principais autores do artigo são o Dr. Souparno Ghosh, recém-doutor pelo MIT, e a Dra. Nan Li, ex-cientista do MIT.
Usando um novo biomarcador (em azul claro) para ressonância magnética funcional (fMRI), engenheiros biológicos do MIT criaram uma maneira de monitorar populações individuais de neurônios e revelar como elas interagem entre si.
Rastreamento de conexões
A imagem tradicional de fMRI mede as alterações no fluxo sanguíneo no cérebro, como um proxy para a atividade neural. Quando os neurônios recebem sinais de outros neurônios, ele desencadeia um influxo de cálcio, o que causa a liberação de um gás chamado óxido nítrico. O óxido nítrico atua em parte como um vasodilatador que aumenta o fluxo sanguíneo para a área.
A imagem de cálcio diretamente pode oferecer uma imagem mais precisa da atividade cerebral, mas esse tipo de imagem geralmente requer produtos químicos fluorescentes e procedimentos invasivos. A equipe do MIT queria desenvolver um método que pudesse funcionar em todo o cérebro sem esse tipo de invasão.
“Se quisermos descobrir como as redes de células e os mecanismos cerebrais funcionam, precisamos de algo que possa ser detectado profundamente no tecido e, de preferência, em todo o cérebro de uma só vez. A maneira que escolhemos fazer isso neste estudo foi essencialmente sequestrar a base molecular da própria fMRI”, explicou o Dr. Alan Jasanoff.
Os pesquisadores criaram um biomarcador genético, entregue por vírus, que codifica uma proteína que envia um sinal sempre que o neurônio está ativo. Essa proteína, que os pesquisadores chamaram de NOSTIC (óxido nítrico sintase para direcionar o contraste da imagem), é uma forma projetada de uma enzima chamada óxido nítrico sintase. A proteína NOSTIC pode detectar níveis elevados de cálcio que surgem durante a atividade neural; ela então gera óxido nítrico, levando a um sinal de fMRI artificial que surge apenas de células que contêm NOSTIC.
O biomarcador é entregue por um vírus que é injetado em um local específico, e que depois viaja ao longo de axônios de neurônios que se conectam a esse local. Dessa forma, os pesquisadores podem rotular cada população neural que se alimenta de um local específico.
“Quando usamos esse vírus para entregar nosso biomarcador dessa maneira, isso faz com que ele seja expresso nas células que fornecem entrada para o local onde colocamos o vírus. Então, realizando imagens funcionais dessas células, podemos começar a medir o que faz a entrada para essa região ocorrer ou que tipos de entrada chegam a essa região”, destacou o Dr. Alan Jasanoff.
Acesse o resumo do artigo científico (em inglês).
Acesse a notícia completa na página do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (em inglês).
Fonte: MIT News Office. Imagem: Divulgação, MIT.
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