Química Medicinal - Nova molécula pode melhorar diagnósticos de doenças cerebrais
Peptídeos modificados permitiram o mapeamento do sistema vascular do órgão
Imagens: Jornal da USP
Batizada de FRW, uma molécula sintetizada por pesquisadores brasileiros e norte-americanos demonstrou em testes feitos com camundongos a capacidade de se ligar apenas aos vasos sanguíneos do cérebro. A técnica, que permitiu um mapeamento inédito do sistema vascular cerebral, pode ser um primeiro passo para a criação de novos exames de imagem para diagnóstico de doenças degenerativas, como Alzheimer e Parkinson. O trabalho foi publicado na revista Proceedings of the National Academy of Sciences.
A pesquisa coordenada pelo professor Ricardo José Giordano, do Instituto de Química (IQ) da USP, começou em 2011 com o projeto de iniciação científica da então estudante de graduação Fenny Tang, que deu continuidade ao estudo durante seu mestrado e doutorado.
Em cada parte do corpo, as células dos vasos sanguíneos têm sua própria maneira de evitar problemas no fluxo de sangue, criando barreiras na camada celular que reveste os vasos por dentro, o endotélio. Em um órgão complexo como o cérebro, onde alterações na circulação ou invasão por agressores podem gerar graves consequências, as barreiras precisam ser reforçadas, por isso as células são diferentes das de outros tecidos do organismo.
Para entender melhor as células responsáveis por essa “blindagem”, os pesquisadores do IQ-USP aplicaram de forma inédita uma técnica premiada com um Nobel: usaram vírus modificados em laboratório e que se ligam às células dos vasos sanguíneos do cérebro. O método permite estudar o sistema nervoso por meio de microscopia eletrônica e poderá servir, no futuro, como ferramenta de diagnóstico de doenças nervosas, além de ajudar a descobrir como driblar essa barreira para a chegada mais eficiente de fármacos ao cérebro.
Dificuldades – “As barreiras endoteliais selam os vasos sanguíneos do organismo e se adaptam às necessidades de cada órgão”, explica Ricardo Giordano. A barreira endotelial especializada do cérebro, chamada de hematoencefálica, é a que regula as trocas de nutrientes, metabólitos e moléculas diversas entre o sangue e o órgão, além de impedir a invasão de microrganismos.
O cérebro se comunica com o corpo por meio de neurotransmissores, moléculas armazenadas em vesículas e que são liberadas pelas sinapses nervosas. Essa comunicação é feita através de trocas de moléculas e qualquer variação no fluxo do sangue pode afetar o seu funcionamento. Para se proteger, o cérebro sela os vasos sanguíneos, complementa Giordano.
Contudo, essa proteção reforçada também impede que fármacos cheguem ao cérebro, sendo um obstáculo para certos tratamentos. Esse é um dos motivos pelos quais a diversidade vascular cerebral vem sendo pesquisada. “Como os vasos são microscópicos, fica difícil diferenciar os neurônios das células dos vasos por meio das técnicas tradicionais”, compara.
Professor Giordano coordenou a pesquisa
Solução – A saída encontrada pelos pesquisadores foi usar a técnica Phage Display, desenvolvida pelos vencedores do prêmio Nobel de Química de 2018, George Smith, Frances Arnold e Gregory Winter. O método utiliza bacteriófagos (fagos), que são vírus que atacam bactérias, como marcadores das células dos vasos sanguíneos, tornando possível diferenciar os neurônios das células hematoencefálicas.
Para chegar à molécula sintetizada, os pesquisadores injetaram em camundongos uma biblioteca com cerca de 10 bilhões de fagos diferentes. Os vírus modificados circularam pela corrente sanguínea e, embora a maioria tenha sido eliminada pelo organismo, alguns se ligaram à vasculatura de diferentes órgãos e tecidos, entre eles à barreira hematoencefálica.
Esses fagos foram resgatados dos cérebros dos animais e cultivados em bactérias, a fim de que se multiplicassem. A nova geração de microrganismos foi injetada em outros camundongos para aprimorar a seleção e, após três ciclos, aproximadamente 3 mil fagos se ligaram aos vasos do cérebro.
“Nesse processo, os peptídeos com maior afinidade com o sistema vascular cerebral foram vencendo a seleção e aumentando em número”, explicou Giordano. Dos cerca de 3 mil peptídeos que aderiram à barreira hematoencefálica, em 1.021 estavam presentes uma sequência de três aminoácidos: fenilalanina, arginina e triptofano.
Diante de dificuldades para identificar o receptor celular em que os fagos se ligavam por técnicas bioquímicas, a equipe do IQ-USP se uniu a pesquisadores do Instituto Adolpho Lutz, em São Paulo. Especialistas na técnica de microscopia eletrônica por transmissão, eles ajudaram não só a visualizar a molécula no cérebro dos animais vivos como demonstraram que a ligação com os vasos ocorre na junção das células da barreira hematoencefálica.
A estrutura é conhecida em inglês como tight junction (“junção justa”, numa tradução livre), exatamente por ter uma “cola” tão forte que não deixa substâncias estranhas, nem mesmo a água, atravessarem a barreira hematoencefálica.
O passo seguinte foi sintetizar o peptídeo e averiguar se a versão produzida em laboratório teria a mesma ação da FRW nos animais. Os pesquisadores acreditam que a versão sintética também se liga aos vasos sanguíneos cerebrais, mas isso não foi possível ser visualizado in vivo.
“Vimos que esse peptídeo é um marcador panvascular do cérebro, ou seja, reconhece todos os vasos cerebrais. Porém, não se liga a vasos de outros tecidos que também são protegidos por barreiras, como os do cólon e do intestino”, disse o pesquisador.
A FRW não se ligou aos vasos da retina, até então considerada uma extensão do sistema nervoso. “Acreditava-se que a barreira protetora dos vasos da retina era muito semelhante ou mesmo idêntica à barreira hematoencefálica. E acabamos vendo uma diferença, pelo menos nos camundongos, por conta dessa molécula”, contou. Essa peculiaridade, disse, sugere a realização de novas investigações.
O método facilitará o estudo sobre as estruturas que fazem a junção das células, pois permite analisar imagens do cérebro em funcionamento. “Estamos avaliando se o peptídeo identificado poderá ser utilizado em estudos sobre o sistema nervoso”, diz o professor. “Isto porque algumas doenças degenerativas, como o Alzheimer, enfraquecem as junções, o que talvez faça os peptídeos se ligarem menos às proteínas das células. Assim, o peptídeo poderia ser usado como uma ferramenta de diagnóstico”, finalizou.
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