Bioengenheiros usam ultrassom em neurônios de ratos para inibir dor

Novidade promissora na biotecnologia: uma equipe de bioengenheiros conseguiu inibir a sensação de dor por meio do estímulo em neurônios utilizando ultrassom de intensidade, conhecido como ultrassom focalizado transcraniano (tFUS). 

O experimento, feito com roedores, foi descrito na revista científica Nature Communications em maio deste ano e agora foi escolhido para integrar o caderno "Do cérebro ao comportamento", que reúne as publicações com maior potencial na área.

tFUS pode, em breve, ser tratamento não-invasivo para a dor.

O que a equipe de pesquisadores liderada por Bin He, professor de engenharia biomédica na Carnegie Mellon University (Pensilvânia, Estados Unidos), fez em laboratório de maneira não-invasiva é conhecido como neuromodulação. A abordagem terapêutica é utilizada para aliviar sintomas como dores ou tremores e restaurar movimentos e outras funções comandadas por neurônios.

A estimulação terapêutica das células cerebrais com energia elétrica ou produtos químicos — e, agora, potencialmente com ondas acústicas — pode amplificar ou amortecer os impulsos neuronais no cérebro ou no corpo. Sinais acústicos na forma de ultrassom são promissores porque são uma abordagem não-invasiva. Com eles, não é mais necessário nenhum procedimento cirúrgico de implante de eletrodos para realizar a estimulação dos neurônios.

O ultrassom pode oferecer uma modulação temporária que pode ser ajustada para alcançar o efeito desejado nas células. Os pesquisadores demonstraram que essas ondas têm potencial para serem direcionadas a neurônios com funções específicas, o que pode revolucionar o tratamento e torná-lo aplicável para uma série de doenças, como dor e até mesmo depressão e vícios.

"Em condições onde os sintomas incluem dor debilitante, impulsos de ultrassom gerados externamente em frequências e intensidade controladas podem inibir os sinais de dor", explicou a pós-doutora Moria Bittmann, diretora do Instituto Nacional de Imagens Biomédicas e Bioengenharia (NIBIB), financiador da pesquisa, em um comunicado à imprensa.

Como o estudo foi feito

Os pesquisadores enviaram ao cérebro de roedores anestesiados vários pulsos breves de ondas acústicas, visando neurônios específicos do córtex cerebral. Eles registraram simultaneamente a mudança nos sinais eletrofisiológicos de diferentes tipos de neurônios com o arranjo de vários eletrodos.

Quando um sinal é enviado de um neurônio para outro, seja envolvendo os sentidos ou controlando movimentos, o disparo do sinal é feito através da sinapse entre os neurônios. Dois tipos de neurônios foram observados pelos pesquisadores: excitatórios e inibitórios.

Quando a equipe utilizou o tFUS para emitir rajadas repetidas de estimulação de ultrassom diretamente nos neurônios excitatórios, foi observada uma taxa de impulso elevada (mais sinapses). Eles observaram que os neurônios inibitórios submetidos às mesmas ondas não exibiram perturbação significativa nas taxas de pico.

Assim, o estudo demonstrou que o sinal de ultrassom pode ser transmitido através do crânio para ativar seletivamente populações de neurônios específicos, visando, na verdade, neurônios com funções diferentes. "Nossa pesquisa aborda uma necessidade não atendida de desenvolver terapias não tóxicas, não viciantes e não farmacológicas para uso humano", disse o professor He.

"Esperamos desenvolver ainda mais a abordagem tFUS com variação nas frequências de ultrassom e buscar insights sobre a atividade neuronal para que esta tecnologia tenha a chance ideal de beneficiar a saúde do cérebro", declarou o líder da pesquisa.

A bioengenharia tem revolucionado tratamentos e a medicina criando produtos de alta tecnologia voltados para aplicação na área da saúde. Essa pesquisa é um exemplo de como ela pode facilitar o tratamento de condições debilitantes de maneira não-invasiva.

"Se pudermos localizar e direcionar áreas do cérebro usando energia acústica de ultrassom, acredito que podemos potencialmente tratar uma miríade de doenças e condições neurológicas e psiquiátricas", finalizou He.

ARTIGO Nature Communications: doi.org/10.1038/s41467-021-22743-7