Sistema desenvolvido por cientistas dos Estados Unidos registra a atividade cerebral em alta resolução, é sete vezes mais rápido que tecnologias anteriores e oferece uma nova perspectiva para compreender doenças neurológicas
Por Paloma de Sá | GNEWSUSA
Um avanço tecnológico desenvolvido por pesquisadores da Universidade da Geórgia, nos Estados Unidos, promete revolucionar os estudos sobre epilepsia e outras doenças do cérebro. Utilizando um inovador sistema de microscopia de fluorescência por folha de luz, os cientistas conseguiram registrar, em três dimensões e em alta velocidade, a propagação de convulsões no cérebro de larvas de peixe-zebra. A tecnologia captura imagens com resolução sem precedentes e é aproximadamente sete vezes mais rápida do que os métodos anteriormente disponíveis, permitindo observar, em tempo real, como uma crise epiléptica se inicia, se espalha e desaparece.
Um salto tecnológico para a neurociência
Compreender exatamente como uma convulsão percorre o cérebro sempre foi um dos grandes desafios da neurociência. As técnicas tradicionais de imagem conseguiam registrar apenas partes desse processo ou apresentavam velocidade insuficiente para acompanhar fenômenos que acontecem em questão de segundos.
Agora, pesquisadores da Universidade da Geórgia (University of Georgia) desenvolveram uma plataforma capaz de superar essas limitações.
O estudo foi publicado na revista científica Biomedical Optics Express, da Optica Publishing Group, e demonstra que a nova tecnologia consegue produzir imagens tridimensionais detalhadas da atividade cerebral praticamente em tempo real.
O equipamento foi testado em larvas de peixe-zebra (Danio rerio), um dos modelos animais mais utilizados em pesquisas biomédicas por apresentar grande semelhança genética com os seres humanos em diversos processos biológicos, além de possuir um cérebro transparente durante as fases iniciais do desenvolvimento, característica que facilita a observação da atividade neuronal.
Como funciona o novo sistema
O equipamento utiliza uma técnica conhecida como microscopia de fluorescência por folha de luz (Light-Sheet Fluorescence Microscopy – LSFM).
Nesse método, uma fina camada de luz ilumina apenas a região que está sendo observada, reduzindo significativamente a interferência causada por luz fora de foco.
Entre as principais vantagens estão:
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imagens muito mais nítidas;
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menor dano aos tecidos observados;
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aquisição extremamente rápida de dados;
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possibilidade de registrar estruturas tridimensionais completas.
O novo sistema consegue registrar volumes cerebrais de aproximadamente 499 × 499 × 150 micrômetros, produzindo quatro volumes completos por segundo, além de corrigir automaticamente pequenas distorções ópticas durante a captura das imagens.
Sete vezes mais rápido
Um dos maiores avanços foi a velocidade.
Os pesquisadores induziram convulsões controladas nas larvas de peixe-zebra para observar como elas se propagavam pelo cérebro.
Durante apenas 2,5 minutos, o equipamento registrou cerca de 600 volumes tridimensionais, desempenho aproximadamente sete vezes superior ao obtido pela geração anterior do microscópio desenvolvido pela própria equipe.
Esse ganho permitiu acompanhar cada etapa da atividade convulsiva praticamente sem interrupções.
Os cientistas observaram que as crises:
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começam na região posterior do cérebro;
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propagam-se em direção ao tecto óptico, responsável pelo processamento das informações visuais;
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diminuem gradualmente após dezenas de segundos.
Essa sequência nunca havia sido registrada com esse nível de detalhe espacial e temporal.
O papel do gene gad1b
Além do desenvolvimento tecnológico, o estudo também investigou a participação do gene gad1b na propagação das convulsões.
Esse gene está relacionado à produção do neurotransmissor GABA (ácido gama-aminobutírico), principal neurotransmissor inibitório do sistema nervoso central.
O GABA atua como um “freio” da atividade elétrica cerebral.
Quando sua produção ou funcionamento é comprometido, os neurônios tornam-se excessivamente excitáveis, favorecendo o surgimento de crises epilépticas.
Para compreender melhor esse mecanismo, os pesquisadores compararam:
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larvas normais;
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larvas geneticamente modificadas sem o gene gad1b.
A expectativa é identificar como alterações genéticas influenciam a origem e a propagação das convulsões.
O desafio que precisava ser superado
Os próprios pesquisadores já haviam criado uma versão anterior desse microscópio.
Entretanto, havia um problema importante.
O equipamento precisava de aproximadamente 1,75 segundo para adquirir apenas um volume tridimensional, tempo considerado lento demais para registrar eventos neurológicos extremamente rápidos.
Para resolver essa limitação, a equipe incorporou uma lente eletricamente ajustável, capaz de alterar rapidamente o plano focal.
Além disso, desenvolveu um sofisticado sistema de sincronização em escala de milissegundos entre:
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câmera;
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sistema de varredura;
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óptica adaptativa.
Com essas melhorias, tornou-se possível registrar imagens tridimensionais contínuas em alta velocidade, mantendo excelente qualidade óptica.
O que isso significa para a medicina
Embora o estudo tenha sido realizado em peixes-zebra, seus impactos podem ser significativos para a pesquisa médica.
Mapear com precisão o caminho percorrido pelas convulsões poderá ajudar cientistas a:
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compreender melhor os mecanismos da epilepsia;
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estudar outras doenças neurológicas caracterizadas por alterações na atividade elétrica cerebral;
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testar medicamentos de forma mais eficiente;
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avaliar como diferentes genes influenciam o funcionamento cerebral;
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desenvolver estratégias futuras de diagnóstico e tratamento.
A tecnologia também poderá ser utilizada em pesquisas envolvendo doenças neurodegenerativas e distúrbios do desenvolvimento cerebral.
Próximos passos
Segundo o pesquisador Peter Kner, da Universidade da Geórgia, a nova plataforma amplia significativamente a capacidade de estudar o cérebro em funcionamento.
Em comunicado divulgado pela universidade, o pesquisador destacou que, até então, a maioria dos estudos registrava apenas imagens bidimensionais das convulsões, enquanto o novo sistema permite visualizar toda a propagação em três dimensões e em um volume muito maior.
Os pesquisadores pretendem agora expandir os experimentos utilizando mais amostras de peixes-zebra, especialmente animais sem o gene gad1b, além de desenvolver uma nova abordagem baseada em sensoriamento direto, que permitirá corrigir distorções ópticas em regiões cerebrais ainda mais profundas.
Um avanço para entender doenças cerebrais
A possibilidade de observar o cérebro funcionando em três dimensões e praticamente em tempo real representa um importante avanço para a neurociência moderna.
Embora ainda seja uma ferramenta destinada à pesquisa experimental, a nova tecnologia abre caminho para descobertas que poderão, no futuro, contribuir para diagnósticos mais precisos e para o desenvolvimento de terapias mais eficazes contra a epilepsia e outros distúrbios neurológicos.
Ao tornar visível a dinâmica das convulsões com um nível de detalhe inédito, o sistema oferece aos cientistas uma oportunidade de compreender processos cerebrais que até então permaneciam parcialmente ocultos.
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