Os cientistas da Salk projetaram células de mama­feros para serem ativadas usando ultrassom. O manãtodo, que a equipe usou para ativar células humanas em um prato e células cerebrais dentro de camundongos vivos, abre caminho para versaµes não invasivas de estimulação cerebral profunda, marcapassos e bombas de insulina. As descobertas foram publicadas na Nature Communications em 9 de fevereiro de 2022.

"Ir sem fio éo futuro para quase tudo", diz o autor saªnior Sreekanth Chalasani, professor associado do Laborata³rio de Neurobiologia Molecular de Salk. "Já sabemos que o ultra -som éseguro e que pode atravessar ossos, maºsculos e outros tecidos, tornando-se a melhor ferramenta para manipular células nas profundezas do corpo".

Cerca de uma década atrás, Chalasani foi pioneiro na ideia de usar ondas ultrassa´nicas para estimular grupos específicos de células geneticamente marcadas e cunhou o termo "sonogenanãtica" para descrevaª-lo. Em 2015, seu grupo mostrou que, na lombriga Caenorhabditis elegans , uma protea­na chamada TRP-4 torna as células sensa­veis ao ultrassom de baixa frequência. Quando os pesquisadores adicionaram TRP-4 aos neura´nios de C. elegans que normalmente não o possua­am, eles puderam ativar essas células com uma explosão de ultrassom osas mesmas ondas sonoras usadas em ultrassonografias médicas.

Quando os pesquisadores tentaram adicionar TRP-4 a células de mama­feros , no entanto, a protea­na não foi capaz de fazer as células responderem ao ultrassom. Algumas protea­nas de mama­feros foram relatadas como sensa­veis ao ultrassom, mas nenhuma parecia ideal para uso cla­nico . Assim, Chalasani e seus colegas começam a procurar uma nova protea­na de mama­fero que tornasse as células altamente sensa­veis ao ultrassom a 7 MHz, considerada uma frequência ideal e segura.

“Nossa abordagem foi diferente das telas anteriores porque nos propusemos a procurar canais sensa­veis ao ultrassom de maneira abrangente”, diz Yusuf Tufail, ex-cientista do projeto da Salk e coautor do novo artigo.

Os pesquisadores adicionaram centenas de protea­nas diferentes, uma de cada vez, a uma linha celular comum de pesquisa humana (HEK), que geralmente não responde ao ultrassom. Em seguida, eles colocam cada cultura de células em uma configuração que permite monitorar as alterações nas células após a estimulação por ultrassom.

Depois de rastrear protea­nas por mais de um ano e trabalhar em quase 300 candidatos, os cientistas finalmente encontraram um que tornava as células HEK sensa­veis a  frequência de ultrassom de 7 MHz. O TRPA1, uma protea­na de canal, era conhecido por deixar as células responderem a  presença de compostos nocivos e ativar uma sanãrie de células no corpo humano, incluindo células cerebrais e carda­acas.

Mas a equipe de Chalasani descobriu que o canal também se abriu em resposta ao ultrassom nas células HEK.

"Ficamos realmente surpresos", diz o coprimeiro autor do artigo Marc Duque, um estudante de interca¢mbio de Salk. “TRPA1 foi bem estudado na literatura, mas não foi descrito como uma protea­na mecanossensa­vel cla¡ssica que vocêesperaria responder ao ultrassom”.

Para testar se o canal poderia ativar outros tipos de células em resposta ao ultrassom, a equipe usou uma abordagem de terapia genanãtica para adicionar os genes do TRPA1 humano a um grupo especa­fico de neura´nios no cérebro de camundongos vivos. Quando eles administraram ultrassom aos camundongos, apenas os neura´nios com os genes TRPA1 foram ativados.

Os médicos que tratam doenças como a doença de Parkinson e a epilepsia atualmente usam estimulação cerebral profunda, que envolve a implantação cirúrgica de eletrodos no cérebro, para ativar certos subconjuntos de neura´nios. Chalasani diz que a sonogenanãtica poderia um dia substituir essa abordagem oso pra³ximo passo seria desenvolver um manãtodo de entrega de terapia genanãtica que possa atravessar a barreira hematoencefa¡lica, algo que já estãosendo estudado.

Talvez mais cedo, diz ele, a sonogenanãtica possa ser usada para ativar células no coração, como uma espanãcie de marcapasso que não requer implantação. "Tanãcnicas de entrega de genes já existem para obter um novo gene - como o TRPA1 - no coração humano", diz Chalasani. "Se pudermos usar um dispositivo de ultrassom externo para ativar essas células, isso pode realmente revolucionar os marca-passos".

Por enquanto, sua equipe estãorealizando um trabalho mais ba¡sico sobre exatamente como o TRPA1 detecta o ultrassom. “Para tornar essa descoberta mais útil para futuras pesquisas e aplicações cla­nicas, esperamos determinar exatamente quais partes do TRPA1 contribuem para sua sensibilidade ao ultrassom e ajusta¡-las para aumentar essa sensibilidade”, diz Corinne Lee-Kubli, coautora da pesquisa. do papel e ex-bolsista de pa³s-doutorado em Salk.

Eles também planejam realizar outra triagem para protea­nas sensa­veis ao ultrassom osdesta vez procurando protea­nas que possam inibir ou desligar a atividade de uma canãlula em resposta ao ultrassom.

Os outros autores do artigo foram Uri Magaram, Janki Patel, Ahana Chakraborty, Jose Mendoza Lopez, Eric Edsinger, Rani Shiao e Connor Weiss de Salk; e Aditya Vasan e James Friend da UC San Diego.