Optogenética: o controle da mente por meio da luz

Descubra o que é a optogenética, técnica de controle de neurônios cerebrais capaz de mudar os rumos da medicina

A optogenética é uma técnica que possibilita a ativação de neurônios específicos do cérebro, por meio da interação entre luz, genética e bioengenharia, permitindo a identificação da causa de diversas doenças e apontando soluções de cura. Foi criada em 2005 e consiste em utilizar a engenharia genética para tornar um conjunto de tecidos biológicos sensível à luz, controlando a atividade dos neurônios e alterando a informação genética de um ser vivo por meio da exclusão ou da inserção de informações no seu código genético. Sim, a optogenética é um meio de controlar as células do cérebro!

Entendendo os neurônios

Os neurônios são as unidades fundamentais do cérebro e do sistema nervoso. Eles são as células responsáveis ​​por receber informações sensoriais do mundo ao nosso redor, enviando comandos motores aos nossos músculos quando estamos em movimento e transformando e retransmitindo os sinais elétricos em cada etapa intermediária. Essas células cerebrais são recipientes de armazenamento vivos, com “portas” denominadas canais iônicos.

Essas portas separam as células de seu ambiente interno, atuando como uma barreira para o exterior. Se um neurônio recebe uma entrada forte o suficiente, as células abrem suas “portas”, criando uma corrente elétrica que se ramifica para seus outros neurônios vizinhos, comunicando informações. É assim que os neurônios se comunicam e é dessa forma que essas redes criam memórias, emoções e comportamentos. E as técnicas optogenéticas “sequestram” esse processo.

Como a optogenética funciona na prática?

A engenharia genética é um processo em que os cientistas alteram as informações no código genético (os projetos) de uma coisa viva. Nos estudos optogenéticos, os cientistas pegam o código genético dos neurônios que desejam estudar e adicionam um novo código a ele. O novo código permite que esses neurônios produzam proteínas especiais, chamadas opsinas, que respondem a um tipo específico de comprimento de onda de luz. Na neurociência, essas proteínas são usadas para controlar a atividade dos neurônios.

As opsinas ocorrem naturalmente e foram descobertas pela primeira vez em algas, que usam essas proteínas para ajudá-las a se mover em direção à luz. Mas como a opsina entra no neurônio? Isso requer algumas técnicas de laboratório especializadas. Para inserir a opsina nos neurônios de modelos animais, como o camundongo, por exemplo, o código genético da proteína deve ser inserido com cuidado no código genético dos neurônios do animal.

Se isso for feito corretamente, todos os neurônios do camundongo deverão ter a opsina. Com o conhecimento adequado, os cientistas podem escolher onde colocar a opsina: em um tipo específico de neurônio ou em um local determinado no cérebro. Isso significa que é possível estabelecer exatamente quais neurônios do camundongo devem ser controlados.

Primeiro, os neurônios precisam ser “reprojetados” para serem sensíveis à luz usando a engenharia genética. Assim, os cientistas capturam o código genético dos neurônios que desejam examinar e acrescentam a ele um novo código.

Quando esse novo código é adicionado aos neurônios do camundongo, ele cria proteínas especiais chamadas opsinas. Dependendo da opsina usada para modificar o neurônio, ele transmitirá um impulso nervoso quando iluminado. Órgãos inteiros, partes do corpo e comportamentos podem ser potencialmente controlados com esse método.

Optogenética em humanos

Superficialmente, a optogenética pode permitir que um controle remoto seja utilizado para manipular cérebros humanos. Como? Usando feixes de luz. Através deste “controlador de luz”, você pode pressionar um botão para adormecer instantaneamente. Se você se machucar, pode desligar os receptores de dor em seu cérebro pressionando outro botão do controle. Ou o controle pode ser usado para manipular as diferentes funções motoras de seu corpo.

A técnica científica pode nos levar a um futuro onde tudo isso é possível. Esta nova técnica de “controle da mente” poderia ser usada para tratar doenças cerebrais relacionadas ao envelhecimento, como a doença de Alzheimer ou de Parkinson. Mais que isso: poderia ser usado para tratar a cegueira, tratar anomalias cardíacas e até doenças psiquiátricas!

A optogenética não é uma ideia distante, à margem da ciência. Na verdade, é uma ideia enraizada na ficção científica que parece ser alcançável de acordo com pesquisas inovadoras recentes. E já está sendo usada por clínicos e pesquisadores em todo o mundo para estudar o cérebro humano.

O progresso neste novo campo da neurobiologia e engenharia ajudou os pesquisadores a decifrar os sinais cerebrais que levam à dor, entender melhor o código neural para o vício, restaurar a visão em ratos cegos, reprogramar memórias e criar novas. Se conseguirmos superar suas limitações atuais e continuar no caminho em que estamos atualmente, a neurotecnologia estabelecida para trazer a optogenética para a vanguarda da ciência pode mudar o mundo nos próximos anos.

Engenharia genética: a chave para desbloquear o poder da optogenética

Agora que nossas opsinas são totalmente parte de nosso cérebro ou do cérebro de nossos ratos, os pesquisadores agora precisam instalar fibras ópticas perto de nossos neurônios de opsina para fornecer os estímulos de luz corretamente. Dependendo das opsinas usadas em conjunto com a frequência da luz, certas regiões do cérebro poderão ser controladas. Uma forma mais madura de optogenética poderia abrir as portas para uma terapia clínica poderosa que poderia ser usada para ajudar pessoas com problemas neurológicos. No entanto, existe um problema.

A próxima evolução em optogenética poderia ser sem fio. Em um artigo publicado na Nature Biotechnology, pesquisadores da Universidade de Stanford, nos Estados Unidos, revelaram ter conseguido conseguiram fazer os neurônios reagirem à luz sem fibras ópticas. A equipe da Universidade de Stanford encontrou uma maneira de fazer bioengenharia de neurônios sensíveis à luz difundida pelo crânio, apresentando resultados ainda mais rapidamente do que seus antecessores. No entanto, esse ainda é o primeiro passo de muitos para o controle do cérebro sem fio.

Optogenética e seus efeitos na medicina

Os cientistas estão procurando tratar doenças ou até mesmo aliviar os sintomas usando a optogenética. Uma simples atualização optogenética do coração pode ser usada para corrigir irregularidades da frequência cardíaca. A optogenética pode indiscutivelmente ajudar a restaurar a função motora em pacientes com paralisia, usando “tratamentos de luz” para desencadear as contrações musculares.

Os tratamentos clínicos podem ser usados ​​para ajudar a tratar doenças neurológicas geradoras e até mesmo problemas de saúde mental, dores crônicas e muitos outros problemas de saúde, como a retinite pigmentosa. Mas é importante ressaltar que a ciência ainda tem um longo caminho a percorrer para conseguir colocar a optogenética em prática.

A optogenética conquistou enormes avanços nos últimos tempos, mas sua aplicação em seres humanos ainda está em vias de se tornar realidade. No entanto, o potencial nos campos da medicina e da neurociência são enormes, uma vez que, em comparação com terapias de estimulação elétricas já utilizadas, a optogenética apresenta a vantagem de selecionar células específicas, sem atingir desnecessariamente outras células e, consequentemente, sem causar efeitos colaterais.