As tecnologias implantáveis melhoraram significativamente nossa capacidade de estudar e até mesmo modular a atividade dos neurônios no cérebro, mas os neurônios na medula espinhal são mais difíceis de estudar em ação.
“Se entendêssemos exatamente como os neurônios da medula espinhal processam as sensações e controlam os movimentos, poderíamos desenvolver melhores tratamentos para doenças e lesões da medula espinhal”, disse Yu Wu, um cientista pesquisador que faz parte de uma equipe de neuroengenheiros da Universidade Rice que trabalha em uma solução para esse problema.
“Desenvolvemos um pequeno sensor, o spinalNET, que registra a atividade elétrica dos neurônios espinhais enquanto o sujeito realiza atividades normais sem qualquer restrição”, disse Wu, que é o principal autor de um estudo sobre o sensor publicado em Relatórios de células. “Ser capaz de extrair tal conhecimento é um primeiro, mas importante passo para desenvolver curas para milhões de pessoas que sofrem de doenças da medula espinhal.”
De acordo com o estudo, o sensor foi usado para registrar a atividade neuronal na medula espinhal de camundongos que se movimentavam livremente por períodos prolongados e com grande resolução, rastreando até mesmo o mesmo neurônio por vários dias.
“Até agora, a medula espinhal tem sido mais ou menos uma caixa preta”, disse Lan Luan, professor associado de engenharia elétrica e de computação e autor correspondente do estudo. “O problema é que a medula espinhal se move muito durante a atividade normal. Toda vez que você vira a cabeça ou se inclina, os neurônios espinhais também estão se movendo.”
Durante tais movimentos, sensores rígidos implantados na medula espinhal inevitavelmente perturbam ou até mesmo danificam o tecido frágil. O SpinalNET, no entanto, é mais de cem vezes menor que a largura de um fio de cabelo, o que o torna extremamente macio e flexível — quase tão macio quanto o próprio tecido neural.
“Essa flexibilidade dá a ele a estabilidade e a biocompatibilidade que precisamos para registrar com segurança os neurônios espinhais durante os movimentos da medula espinhal”, disse Chong Xie, professor associado de engenharia elétrica e de computação e bioengenharia e autor correspondente do estudo. “Com o spinalNET, conseguimos obter sinais de baixo ruído de centenas de neurônios.”
A medula espinhal desempenha um papel crítico no controle do movimento e outras funções vitais, e a capacidade de registrar neurônios espinhais com resolução espacial e temporal de granulação fina durante o movimento irrestrito oferece uma janela para os mecanismos que tornam isso possível. Usando o spinalNET, os pesquisadores foram capazes de determinar que os neurônios espinhais no gerador de padrões central — o circuito neuronal que pode produzir padrões motores rítmicos, como caminhar na ausência de informações de tempo específicas — parecem estar envolvidos com muito mais do que movimento rítmico.
“Alguns deles são fortemente correlacionados com o movimento das pernas, mas, surpreendentemente, muitos neurônios não têm correlação óbvia com o movimento”, disse Wu. “Isso indica que o circuito espinhal que controla o movimento rítmico é mais complicado do que pensávamos.”
Os pesquisadores disseram que esperam ajudar a desvendar parte dessa complexidade em pesquisas futuras, abordando questões como a diferença entre como os neurônios espinhais processam o movimento reflexo — ficar assustado, por exemplo — e a ação volitiva.
“Além da percepção científica, acreditamos que, à medida que a tecnologia evolui, ela tem grande potencial como um dispositivo médico para pessoas com distúrbios neurológicos e lesões na medula espinhal”, disse Luan.
A pesquisa foi apoiada pelos Institutos Nacionais de Saúde (R01NS102917, U01NS115588, U01NS131086, R01NS109361, R01NS123160, R01NS108034, U19NS112959), Rice, o Instituto Salk e a Fundação Mary K. Chapman. O conteúdo deste press release é de responsabilidade exclusiva dos autores e não representa necessariamente as opiniões oficiais dos financiadores.
