Notícia

Desvendando as conexões entre cérebro e intestino

Fonte

MIT | Instituto de Tecnologia de Massachusetts 

Data

segunda-feira, 26 junho 2023 10:10

Áreas

Biotecnologia. Nutrição Clínica. Saúde Pública

O cérebro e o trato digestório estão em constante comunicação, transmitindo sinais que ajudam a controlar a alimentação e outros comportamentos. Essa extensa rede de comunicação também influencia o estado mental e implica em muitos distúrbios neurológicos.

Recentemente, engenheiros do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) projetaram uma nova tecnologia para estudar essas conexões. Usando fibras incorporadas a uma variedade de sensores, bem como fontes de luz para estimulação optogenética, os pesquisadores mostraram que podem controlar circuitos neurais que conectam o intestino e o cérebro em camundongos.

No novo estudo, os pesquisadores demonstraram que poderiam induzir sentimentos de saciedade ou comportamento de busca de recompensa em camundongos, manipulando as células do intestino. Em trabalhos futuros, eles esperam explorar algumas das correlações observadas entre saúde digestiva e condições neurológicas, como autismo e doença de Parkinson.

“O interessante aqui é que agora temos tecnologia que pode impulsionar a função intestinal e comportamentos como alimentação. Mais importante, temos a capacidade de começar a acessar a ‘conversa cruzada’ entre o intestino e o cérebro com a precisão de milissegundos da optogenética, e podemos fazê-lo no comportamento de animais ”, disse a Dra. Polina Anikeeva, professora de Ciências Cerebrais e Cognitivas, diretora do K. Lisa Yang Brain-Body Center, diretora do Laboratório de Pesquisa de Eletrônica do MIT e membro do McGovern Institute for Brain Research  do MIT.

A Dra. Polina Anikeeva é a autora sênior do novo estudo, publicado na revista científica Nature Biotechnology. Os principais autores do artigo são o Dr. Atharva Sahasrabudhe; Dra. Laura Rupprecht, pós-doutoranda da Universidade Duke; Dra. Sirma Orguc, pós-doutoranda do MIT e Dr. Tural Khudiyev, ex-pós-doutor do MIT.

Conexão cérebro-corpo

No ano passado, o Instituto McGovern iniciou o K. Lisa Yang Brain-Body Center para estudar a interação entre o cérebro e outros órgãos do corpo. A pesquisa se concentra em esclarecer como essas interações ajudam a moldar o comportamento e a saúde geral, com o objetivo de desenvolver futuras terapias para uma variedade de doenças.

“Há uma comunicação cruzada contínua e bidirecional entre o corpo e o cérebro. Por muito tempo, pensamos que o cérebro seria um tirano que enviaria informações para os órgãos e controlaria tudo. Mas agora sabemos que há muito feedback no cérebro, e esse feedback potencialmente controla algumas das funções que atribuímos anteriormente exclusivamente ao controle neural central”, disse a Dra.Polina Anikeeva.

Como parte do trabalho do centro, a Dra. Polina Anikeeva começou a investigar os sinais entre o cérebro e o sistema nervoso do intestino, também chamado de sistema nervoso entérico. As células sensoriais no intestino influenciam a fome e a saciedade por meio da comunicação neuronal e da liberação de hormônios.

Desvendar esses efeitos hormonais e neurais tem sido difícil porque não há uma boa maneira de medir rapidamente os sinais neuronais, que ocorrem em milissegundos.

“Para poder realizar a optogenética intestinal e depois medir os efeitos sobre a função e comportamento do cérebro, o que requer precisão de milissegundos, precisávamos de um dispositivo que não existia. Então, decidimos desenvolvê-lo”, disse o Dr. Atharva Sahasrabudhe, que liderou o desenvolvimento das sondas intestinais e cerebrais durante seu doutorado.

A interface eletrônica que os pesquisadores projetaram consiste em fibras flexíveis que podem realizar diversas funções e podem ser inseridas nos órgãos de interesse. Para criar as fibras, o Dr. Atharva Sahasrabudhe usou uma técnica chamada desenho térmico, que permitiu criar filamentos de polímeros, tão finos quanto um cabelo humano, que podem ser incorporados com eletrodos e sensores de temperatura.

Os filamentos também carregam dispositivos emissores de luz em microescala que podem ser usados ​​para estimular células optogeneticamente e canais microfluídicos que podem ser usados ​​para administrar drogas.

As propriedades mecânicas das fibras podem ser adaptadas para uso em diferentes partes do corpo. Para o cérebro, os pesquisadores criaram fibras mais rígidas que podem ser inseridas profundamente no cérebro. Para órgãos do sistema digestório, como o intestino, eles projetaram fibras de borracha mais delicadas que não danificam o revestimento dos órgãos, mas ainda são resistentes o suficiente para suportar o ambiente hostil do trato digestório.

“Para estudar a interação entre o cérebro e o corpo, é necessário desenvolver tecnologias que possam interagir com órgãos de interesse e com o cérebro ao mesmo tempo, enquanto registram sinais fisiológicos com alta relação sinal-ruído”, disse o Dr. Atharva Sahasrabudhe. “Também precisamos ser capazes de estimular seletivamente diferentes tipos de células em ambos os órgãos em camundongos, para que possamos testar seus comportamentos e realizar análises causais desses circuitos”.

As fibras também são projetadas para que possam ser controladas sem fio, por meio de um circuito de controle externo que pode ser afixado temporariamente ao animal durante um experimento.

Influência no Comportamento 

Usando essa interface, os pesquisadores realizaram uma série de experimentos para mostrar que podiam influenciar o comportamento por meio da manipulação do intestino e do cérebro.

Primeiro, eles usaram as fibras para fornecer estimulação optogenética a uma parte do cérebro chamada área tegmental ventral (VTA), que libera dopamina. Eles colocaram camundongos em uma gaiola com três câmaras e, quando os camundongos entraram em uma câmara específica, os pesquisadores ativaram os neurônios dopaminérgicos. A explosão de dopamina resultante tornou os camundongos mais propensos a retornar àquela câmara em busca da recompensa de dopamina.

O Dr. Atharva Sahasrabudhe trabalhou em estreita colaboração com a Dra. Laura Rupprecht,  pós-doutoranda no grupo do professor Dr. Diego Bohorquez na Universidade Duke, para testar a capacidade das fibras de controlar comportamentos alimentares. Eles descobriram que os dispositivos poderiam estimular optogeneticamente as células que produzem colecistocinina, um hormônio que promove a saciedade. Quando essa liberação de hormônio foi ativada, o apetite dos animais foi suprimido, mesmo que estivessem em jejum por várias horas. Os pesquisadores também demonstraram um efeito semelhante quando estimularam células que produzem um peptídeo chamado PYY, que normalmente inibe o apetite após o consumo de alimentos muito ricos.

Os pesquisadores agora planejam usar essa interface para estudar condições neurológicas que se acredita que tenham conexão intestino-cérebro. Por exemplo, estudos mostraram que crianças autistas são muito mais propensas do que seus pares a serem diagnosticadas com disfunção gastrointestinal, enquanto a ansiedade e síndrome do intestino irritável compartilham riscos genéticos.

“Agora podemos começar a perguntar, são coincidências ou existe uma conexão entre o intestino e o cérebro? E talvez haja uma oportunidade para explorarmos esses circuitos intestinais para começar a administrar algumas dessas condições, manipulando os circuitos periféricos de uma forma que não ‘toque’ diretamente o cérebro e seja menos invasiva”, concluiu a Dra. Polina Anikeeva.

Acesse o artigo científico completo (em inglês).

Acesse a notícia completa na página do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (em inglês).

Fonte: Anne Trafton, MIT. Imagem: Divulgação MIT News.

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