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Novo sensor para ressonância magnética ajuda a produzir imagens cerebrais mais sensíveis

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Fonte

MIT | Instituto de Tecnologia de Massachusetts

Data

quarta-feira, 2 maio 2018 09:35

Áreas

Engenharia Biomédica. Engenharia Biológica. Bioquímica. Diagnóstico por Imagens.

Neurocientistas do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), nos Estados Unidos, desenvolveram um novo sensor de ressonância magnética (MRI) que permite monitorar a atividade neural no interior do cérebro rastreando íons de cálcio.

Como os íons de cálcio estão diretamente ligados ao disparo neuronal – diferentemente das mudanças no fluxo sangüíneo detectadas por outros tipos de ressonância magnética, que fornecem um sinal indireto – esse novo tipo de detecção pode permitir que pesquisadores vinculem funções cerebrais específicas ao seu padrão de atividade neuronal. para determinar como regiões distantes do cérebro se comunicam entre si durante tarefas específicas.

“Concentrações de íons de cálcio estão intimamente correlacionadas com eventos de sinalização no sistema nervoso”, diz o Dr. Alan Jasanoff, professor de engenharia biológica, ciências cerebrais e cognitivas do MIT. “Nós projetamos uma sonda com uma arquitetura molecular que pode detectar mudanças relativamente sutis no cálcio extracelular que estão correlacionadas com a atividade neural”.

Em testes em camundongos, os pesquisadores mostraram que o novo sensor de cálcio pode detectar com precisão as mudanças na atividade neural induzida por estimulação química ou elétrica, em uma parte profunda do cérebro chamada striatum.

Os pesquisadores do MIT Dr. Satoshi Okada e Dr. Benjamin Bartelle são os principais autores do estudo, que foi publicado na edição de 30 de abril da revista Nature Nanotechnology. Outros autores incluem o professor de ciências cerebrais e cognitivas, Dr. Mriganka Sur, o pesquisador Nan Li, o pós-doutorado Vincent Breton-Provencher, a estudante de pós-doutorado Elisenda Rodriguez, o estudante Jiyoung Lee e o estudante do ensino médio James Melican.

Cálcio de rastreamento

Um dos pilares da pesquisa em neurociência, a ressonância magnética permite que os cientistas identifiquem partes do cérebro que estão ativas durante tarefas específicas. O tipo mais comumente usado, conhecido como ressonância magnética funcional, mede o fluxo sanguíneo no cérebro como um marcador indireto de atividade neural. O Dr. Alan Jasanoff e seus colegas queriam criar uma maneira de mapear padrões de atividade neural com especificidade e resolução que as técnicas de ressonância magnética baseadas no fluxo de sangue não conseguem alcançar.

“Métodos que são capazes de mapear a atividade cerebral em tecidos profundos dependem de mudanças no fluxo sangüíneo, e esses são acoplados à atividade neural através de várias vias fisiológicas diferentes”, explica o Dr. Jasanoff. “Como resultado, o sinal que você vê no final é muitas vezes difícil de atribuir a qualquer causa subjacente.”

O fluxo iônico de cálcio, por outro lado, pode estar diretamente ligado à atividade neuronal. Quando um neurônio dispara um impulso elétrico, os íons de cálcio penetram na célula. Por cerca de uma década, os neurocientistas têm usado moléculas fluorescentes para rotular o cálcio  e  microscopia tradicional. Essa técnica permite que eles acompanhem com precisão a atividade dos neurônios, mas seu uso é limitado a pequenas áreas do cérebro.

A equipe do MIT se propôs a encontrar uma maneira de capturar as imagens do cálcio usando a ressonância magnética, o que permite analisar volumes muito maiores de tecido. Para isso, eles projetaram um novo sensor que pode detectar mudanças sutis nas concentrações de cálcio fora das células e responder de uma maneira que possa ser detectada com a ressonância magnética.

O novo sensor consiste em dois tipos de partículas que se agrupam na presença de cálcio. Uma delas é uma proteína de ligação ao cálcio que ocorre naturalmente chamada sinaptotagmina, e a outra é uma nanopartícula de óxido de ferro magnético revestida de um lípido que também pode se ligar à sinaptotagmina, mas apenas quando o cálcio está presente.

A ligação de cálcio induz essas partículas a se aglutinarem, fazendo com que pareçam mais escuras em uma imagem de ressonância magnética. Altos níveis de cálcio fora dos neurônios se correlacionam com baixa atividade dos neurônios; quando as concentrações de cálcio diminuem, isso significa que os neurônios nessa área estão disparando impulsos elétricos.

Detectando atividade cerebral

Para testar os sensores, os pesquisadores os injetaram em tecido muscular estriado de camundongos, uma região que está envolvida no planejamento do movimento e na aprendizagem de novos comportamentos. Eles então deram aos animais um estímulo químico que induz breves surtos de atividade neural, e descobriram que o sensor de cálcio refletia essa atividade. Eles também descobriram que o sensor captou a atividade induzida pela estimulação elétrica em uma parte do cérebro envolvida na recompensa.

Essa abordagem fornece uma nova maneira de examinar a função cerebral, diz o Dr. Xin Yu, líder do grupo de pesquisa do Instituto Max Planck de Cibernética Biológica em Tuebingen, na Alemanha, que não esteve envolvido na pesquisa. “Embora tenhamos acumulado conhecimento suficiente sobre a sinalização de cálcio intracelular no último meio século, raramente foi estudado exatamente como as mudanças dinâmicas no cálcio extracelular contribuem para a função cerebral, ou servem como um indicador da função cerebral”. “Quando estamos decifrando um sistema tão complicado e adaptado como o cérebro, cada informação é importante”, conclui o cientista .

Acesse a notícia completa no site do MIT (em inglês).

Fonte: Anne Trafton, MIT News Office. Imagem (apenas ilustrativa): Pixabay.

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