Nova sonda optoelétrica permite comunicação com microcircuitos neuronais

Estudo publicado no “Nature Methods”

16 outubro 2015
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Cientistas norte-americanos desenvolveram um aparelho optoeletrónico implantável capaz de estimular vários alvos neuronais e simultaneamente de registar com precisão de milissegundos os efeitos dessa estimulação nos microcircuitos neuronais subjacentes, revela um estudo publicado no “Nature Methods”.
 
A optogenética é uma técnica que envolve modificar geneticamente os neurónios para estes expressarem proteínas sensíveis à luz. Uma vez expressas estas proteínas, as pulsações de luz podem ser usadas para promover ou inibir a atividade nessas células específicas. Este método permite, em princípio, uma capacidade sem precedentes de controlar células cerebrais específicas em momentos igualmente específicos.
 
Contudo, a estimulação optogenética e o registo simultâneo da atividade cerebral em vários pontos de um determinado microcircuito cerebral tem-se revelado uma tarefa complicada. Tal requer um aparelho capaz de gerar um padrão espacial de pulsações luminosas e detetar os padrões de reverberação elétrica geradas pela atividade celular. Além disso, a tecnologia não permitia criar algo capaz de ser facilmente implantado.
 
Arto Nurmikko, professor na Escola de Engenharia da Universidade de Brown, nos EUA, e a sua equipa desenvolveram um novo e compacto aparelho que utiliza óxido de zinco e que lhe permite ser oticamente transparente, mas capaz de conduzir corrente elétrica. “A combinação torna possível estimular e detetar com o mesmo material”, esclareceu Joonhee Lee, membro da equipa de Numiko, e um dos autores do estudo, em comunicado.
 
O aparelho, construído em conjunto com a Universidade Nacional de Seoul, na Coreia, consiste num chip de apenas alguns milímetros quadrados com dezasseis optoeléctrodos com capacidade para individualmente emitir pulsações luminosas e detetar corrente elétrica. Este aparelho permite emparelhar os optoeléctrodos a microcircuitos neuronais compostos por vários neurónios e não apenas a neurónios isolados.
 
Segundo Nurmikko, esta capacidade de estimular e registar atividade ao nível de uma rede numa escala espacial e temporal é fundamental, visto que as funções cerebrais são orientadas por circuitos neuronais e não por neurónios isolados.
 
“A nossa abordagem com este aparelho fornece uma ferramenta tanto aos cientistas como aos engenheiros para aplicar todo o potencial da optogenética como meio de estimulação neuronal, permitindo simultaneamente registar a atividade de redes perturbadas em diferentes pontos com elevada resolução espacial e temporal”, adianta o cientista.
 
Os investigadores utilizaram um modelo de ratinhos para verificar até que ponto diferentes intensidades de luz poderiam estimular a atividade de uma rede. Os testes demonstraram que o aumento da potência luminosa resultou no recrutamento de distintos circuitos neuronais e revelou conectividade funcional na rede-alvo.
 
“Isto deu-nos uma nova perspetiva de como a optogenética opera ao nível de uma rede. Isto encoraja-nos a prosseguir e a alargar o repertório e a aplicação da tecnologia deste aparelho”, adiantou Ike Ozden, outro dos autores do estudo.
 
A equipa de Nurmikko juntamente com a universidade de Seoul pretendem continuar a desenvolver este aparelho de forma a permitir acesso sem fios. Além disso, dependendo do desenvolvimento da optogenética no futuro, os cientistas esperam poder implantar este aparelho em primatas não-humanos e, um dia, em humanos.
 
ALERT Life Sciences Computing, S.A. 
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