Tecnologia Científica

Cientistas pintam atlas multicoloridos do cérebro
Uma nova técnica desenvolvida por pesquisadores da Columbia conhecida como NeuroPAL ajuda a desvendar a dinâmica das redes neurais no sistema nervoso de vermes microscópicos.
Por Carla Cantor - 10/01/2021


Um verme NeuroPAL enrolado em uma forma de O com a cabeça e a cauda tocando-se no topo do anel. Cada neurônio (os pontos coloridos) pode ser identificado por sua cor. As cores são adicionadas com proteínas fluorescentes usando uma técnica de engenharia genética desenvolvida recentemente. Crédito: Eviatar Yemini

O cérebro humano contém aproximadamente 86 bilhões de neurônios, ou células nervosas, entrelaçadas por cerca de 100 trilhões de conexões, ou sinapses. Cada célula tem uma função que nos ajuda a mover músculos, processar nosso ambiente, formar memórias e muito mais.

Dado o grande número de neurônios e conexões, ainda há muito que não sabemos sobre como os neurônios trabalham juntos para dar origem ao pensamento ou comportamento.

Agora, os cientistas da Columbia desenvolveram uma técnica de coloração, conhecida como NeuroPAL (um Atlas Policromático Neuronal de Marcos), que torna possível - pelo menos em experimentos com Caenorhabditis elegans ( C. elegans ), uma espécie de verme comumente usada em pesquisas biológicas - para identificar cada neurônio na mente de um verme.

Sua pesquisa aparece na edição de 7 de janeiro da revista Cell .

O NeuroPAL, que usa métodos genéticos para “pintar” neurônios com cores fluorescentes, permite, pela primeira vez, os cientistas identificarem cada neurônio do sistema nervoso de um animal, ao mesmo tempo em que registram todo o sistema nervoso em ação.

“É incrível 'assistir' um sistema nervoso em sua totalidade e ver o que ele faz”, disse Oliver Hobert, professor do Departamento de Ciências Biológicas da Universidade de Columbia e investigador principal do Howard Hughes Medical Institute. “As imagens criadas são impressionantes - pontos coloridos brilhantes aparecem no corpo do verme como luzes de Natal em uma noite escura.”

"Ser capaz de identificar neurônios, ou outros tipos de células, usando cores pode ajudar os cientistas a entender visualmente o papel de cada parte de um sistema biológico", disse Yemini. "Isso significa que quando algo dá errado com o sistema, pode ajudar a identificar onde o colapso ocorreu. ”


Para conduzir sua pesquisa, os cientistas criaram dois programas de software: um que identifica todos os neurônios em imagens coloridas do verme NeuroPAL e um segundo que leva o método NeuroPAL além do verme, projetando uma coloração ideal para métodos potenciais de identificação de qualquer tipo de célula ou tecido em qualquer organismo que permite manipulações genéticas.

 “Usamos o NeuroPAL para registrar os padrões de atividade cerebral do verme e decodificar o sistema nervoso em funcionamento”, disse Eviatar Yemini, pesquisador de pós-doutorado no Departamento de Ciências Biológicas da Universidade de Columbia e principal autor do estudo.

Como as cores são inseridas no DNA do neurônio e associadas a genes específicos, as cores também podem ser usadas para revelar se esses genes específicos estão presentes ou ausentes em uma célula.

Os pesquisadores afirmam que a novidade da técnica pode em breve ser ofuscada pelas descobertas que ela possibilita. Antes de sua publicação no Cell , Hobert e Yemini lançaram NeuroPAL para a comunidade científica, e vários estudos já foram publicados mostrando a utilidade da ferramenta.

"Ser capaz de identificar neurônios, ou outros tipos de células, usando cores pode ajudar os cientistas a entender visualmente o papel de cada parte de um sistema biológico", disse Yemini. "Isso significa que quando algo dá errado com o sistema, pode ajudar a identificar onde o colapso ocorreu. ”

Colaboradores no estudo incluem Liam Paninski, Columbia University; Vivek Venkatachalam, Northeastern University; e Aravinthan Samuel, Harvard University. O financiamento da pesquisa foi fornecido pelo Howard Hughes Medical Institute, National Institutes of Health, National Science Foundation, Simons Collaboration on the Global Brain, Gatsby Charitable Foundation, Harvard Data Science Initiative e Burroughs Wellcome Fund.

 

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