Notícia

Bioeletricidade: nova arma para combater infecções perigosas

Fonte

Universidade Tufts

Data

segunda-feira, 29 maio 2017 17:10

Áreas

Bioeletrônica. Biologia Celular. Infectologia.

Alterar a sinalização elétrica natural que existe em células fora do sistema nervoso pode melhorar a resistência a infecções bacterianas que ameaçam a vida, dizem pesquisadores da Universidade Tufts, nos Estados Unidos. Os pesquisadores descobriram que a administração de medicamentos, incluindo alguns já utilizados em seres humanos para outros fins, para tornar o interior da célula mais carregada negativamente reforça a resposta imune à infecção e lesão causadas pela bactéria E. coli.

O estudo revela um novo aspecto do sistema imunológico – a regulação pela bioeletricidade não-neural – e sugere uma nova abordagem para aplicações clínicas em medicina. O estudo foi publicado online no último dia 26 de maio na revista científica Regenerative Medicine.

“Todas as células, e não apenas as células nervosas, naturalmente geram e recebem sinais elétricos. Ser capaz de regular essa bioeletricidade não-neural com os muitos canais iónicos e drogas neurotransmissoras que já são aprovados para humanos nos dá uma nova ferramenta para aumentar a capacidade do sistema imunológico de resistir a infecções”, disse o autor principal do estudo, o Dr. Michael Levin, professor de biologia e diretor do “Allen Discovery Center” e do Centro de Biologia Regenerativa e do Desenvolvimento da Universidade Tufts. O Dr. Michael Levin é professor do Instituto Wyss da Universidade de Harvard.

Todos os vertebrados, dos peixes às pessoas, têm dois tipos de imunidade com características comuns. O sistema imunológico adaptativo depende da memória de exposição prévia a um patógeno específico e é a base para as estratégias de vacinação atuais. O sistema imune inato está presente desde o momento em que um óvulo é fertilizado e fornece uma primeira linha de defesa contra patógenos através de barreiras de superfície, aminoácidos antimicrobianos chamados peptídeos e certas células do sangue. O sistema imune inato também desempenha um papel na reparação e regeneração dos tecidos, e a interação entre regeneração e imunidade inata é um campo de estudo recente.

Uma melhor compreensão da imunidade inata pode ajudar a combater novos patógenos para os quais nenhuma memória adaptativa se desenvolveu, abordar a migração geográfica de doenças, apoiar pacientes com deficiência imunológica e desenvolver um tratamento mais eficaz de lesões traumáticas.

O potencial de transmembrana – potencial de tensão elétrica causado por diferenças nos íons negativo e positivo em lados opostos da membrana de uma célula – é conhecido por desempenhar um papel crítico em muitas funções essenciais em numerosos tipos de células e os pesquisadores trabalharam com a hipótese que também poderia afetar a inata imunidade.

No estudo, as râs embrionárias de Xenopus laevis infectadas com bactérias humanas patogênicas de E. coli foram expostas a compostos, incluindo alguns utilizados na medicina humana, para despolarizar (carregar positivamente) ou hiperpolarizar (carregar negativamente) as suas células. O desenvolvimento de rãs X. laevis é um modelo popular para estudos regenerativos, do desenvolvimento, de câncer e neurobiológicos.

Diminuição das mortes por E. coli patogênica

A despolarização com diferentes agentes aumentou significativamente a capacidade dos embriões de resistir às bactérias. A proporção de embriões que sobreviveram à infecção após receber ivermectina, um antiparasitário humano, aumentou em média 32 por cento em comparação com aqueles que não recebem o composto despolarizante. A mortalidade em embriões de controle não tratados foi de 50% a 70%.

Para verificar se os compostos despolarizantes alteravam a carga elétrica das células hospedeiras e não apenas destruiam as bactérias, realizaram-se outras experiências em que células foram injetadas com mRNA que codificava canais iônicos específicos que despolarizariam as células diretamente, sem afetar as bactérias. Esta abordagem validou o que foi observado com os fármacos despolarizantes.

Por outro lado, as células injetadas com mRNA codificador de canais hiperpolarizantes reduziram a proporção de embriões infectados que sobreviveram em cerca de 20 por cento. Da mesma forma, a sobrevivência do embrião foi reduzida pela exposição a compostos químicos que hiperpolarizaram os embriões ou interferiram com a despolarização.

Experimentos também revelaram que o neurotransmissor serotonina é um intermediário entre tensão elétrica e a resposta imune, um achado consistente com outras pesquisas recentes.

Achado inesperado: lesão aumenta a imunidade

Para examinar a conexão entre bioeletrônica, imunidade e regeneração, o estudo investigou o efeito da amputação do broto da cauda sobre a sobrevivência após a infecção. Surpreendentemente, a remoção dos botões da cauda  dos embriões aumentou a sua capacidade de sobreviver à infecção por E. coli. Em vez do estresse adicional da regeneração da cauda, a lesão e a infecção induziram mecanismos de defesa comuns, incluindo o recrutamento de macrófagos (um tipo de glóbulo branco que faz parte do sistema imune inato), que parecia aumentar a eficiência na eliminação das bactérias.

“Componentes do sistema imune inato, como macrófagos, eram conhecidos por serem essenciais para o processo de regeneração, mas o novo estudo examina o lado oposto e igualmente importante dessa relação – como a regeneração afeta o sistema imunológico”, disse o Dr. Jean-François Pare, um dos autores do artigo científico. “A interação entre a resposta a lesões físicas e infecção tem o potencial de revelar novas formas de tratamento de infecções e lesões físicas graves.”

Estudos para estender esta pesquisa estão agora em andamento na Universidade Tufts e no Instituto Wyss. Pesquisas adicionais também são necessárias para determinar com precisão quais células sentem as mudanças bioelétricas e transmitem o efeito às células imunes inatas envolvidas, como as bactérias infecciosas podem responder às mudanças no microambiente bioelétrico e o papel do microbioma interno nessas interações.

Acesse o artigo científico completo (em inglês).

Fonte: Patrick Collins, Universidade Tufts. Imagem: Divulgação.

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