Muitas doenças que afectam o cérebro e o sistema nervoso estão ligadas à formação de agregados proteicos, ou condensados sólidos, nas células a partir do seu condensado na forma líquida, mas pouco se sabe sobre este processo.

Essa transição de líquido para sólido pode desencadear a formação das chamadas fibrilas amilóides. Estes podem ainda formar placas nos neurônios, causando doenças neurodegenerativas, como a doença de Alzheimer.

Engenheiros biomédicos da Universidade de Sydney, em colaboração com cientistas da Universidade de Cambridge e da Universidade de Harvard, desenvolveram agora técnicas ópticas sofisticadas para monitorar de perto o processo pelo qual esses agregados de proteínas se formam.

Ao testar uma proteína associada à esclerose lateral amiotrófica — a doença ELA, que afetou o astrofísico professor Stephen Hawking —, os engenheiros de Sydney monitoraram de perto a transição dessa proteína da fase líquida para a sólida .

“Este é um grande passo para a compreensão de como as doenças neurogenerativas se desenvolvem a partir de uma perspectiva fundamental”, disse o Dr. Yi Shen, principal autor da pesquisa publicada no Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS ) .

"Agora podemos observar diretamente a transição dessas proteínas críticas de líquido para sólido em nanoescala - um milionésimo de metro em escala", disse a Dra. Daniele Vigolo, professora sênior da Escola de Engenharia Biomédica e membro da Universidade do Instituto Nano de Sydney.

As proteínas formam regularmente condensados durante a separação das fases líquido-líquido em uma ampla gama de funções biológicas críticas e saudáveis, como a formação de embriões humanos. Este processo auxilia reações bioquímicas onde as concentrações de proteínas são críticas e também promove interações proteínas-proteínas saudáveis.

"No entanto, este processo também aumenta o risco de agregação disfuncional, onde agregados prejudiciais à saúde de proteínas sólidas se formam nas células humanas", disse o Dr. Shen, que é bolsista ARC DECRA na Escola de Engenharia Química e Biomolecular e também membro do Sydney Nano.

"Isso pode levar a estruturas aberrantes associadas a doenças neurodegenerativas porque as proteínas não apresentam mais reversibilidade rápida de volta à forma líquida . É, portanto, crucial monitorar a dinâmica dos condensados, pois eles afetam diretamente os estados patológicos", disse ela.

A primeira observação óptica em nanoescala deste processo permitiu à equipe determinar que a transição da proteína líquida para a sólida começa na interface dos condensados da proteína. Esta janela para a transição de fase também revelou que as estruturas internas destes aglomerados proteicos são heterogéneas, onde anteriormente se pensava que eram homogéneas.

Dr. Vigolo disse: “Nossas descobertas prometem melhorar muito nossa compreensão das doenças neurogenerativas de uma perspectiva fundamental.

“Isto significa uma nova e promissora área de investigação para compreender melhor como a doença de Alzheimer e a ELA se desenvolvem no cérebro, afetando milhões de pessoas em todo o mundo”.