A neurociência é a área da ciência que se ocupa em estudar os sistemas nervosos central e periférico. Além disso, tem como objetivo desvendar como ocorre a nossa percepção, nossa forma de agir, pensar, aprender e as nossas lembranças. Já a biotecnologia é multidisciplinar, se caracterizando por ser a união de diversas ciências com o objetivo de utilizar sistemas biológicos para a obtenção de um produto final.
Mas como a biotecnologia pode contribuir para o avanço da neurociência? Simples! Partindo do uso de sistemas biológicos in vitro (ex.: cultura de células) e in vivo (ex.: modelos animais), além de sistemas in silico (ex.: bioinformática), a biotecnologia auxilia no desenvolvimento da neurociência. A seguir, cada tema se encontra com exemplos atuais do uso da biotec para a neurociência.
Biotecnologia in vitro
Para contribuir para o avanço e descobertas em neurociências, muitos pesquisadores utilizam o uso de cultura in vitro de células. Estas podem ser derivadas do sistema nervoso central ou periférico, dependendo do escopo da pesquisa. Esses estudos podem utilizar células animais ou humanas, cultivadas in vitro, para diversas finalidades.
Assim como no estudo do câncer, hoje é utilizada a cultura de células de origem nervosa para determinar sinalizações e alterações presentes em diversas patologias. Alguns exemplos são a doença de Parkinson e a doença de Alzheimer (DA). Além de utilizar cultura de células nervosas para a ciência básica, a biotecnologia contribui na tecnologia da terapia celular para doenças do sistema nervoso.
A biotecnologia fornece uma enorme contribuição para a terapia celular. Nesta técnica, células-tronco do paciente são coletadas (como as células-tronco mesenquimais) e cultivadas em laboratório. Então estas células são aplicadas no paciente, nas áreas de interesse, para que passem por diferenciação para células saudáveis desse tecido. Devido à dificuldade do desenvolvimento de um fármaco eficiente para DA, estudos vêm buscando o tratamento com células-tronco mesenquimais e células-tronco neurais.
Esquema utilizado no tratamento com células-tronco mesenquimais. As células-tronco do próprio paciente são coletadas em algum dos três tecidos: medula-óssea, tecido adiposo ou polpa dentária. Então as células-tronco mesenquimais são cultivadas in vitro para em seguida serem infusionadas no paciente, onde, de acordo com o ambiente, se diferenciam em células especializadas, como os neurônios. Fonte: Adaptada de Castorina et al, 2015.
Outro destaque para a biotecnologia in vitro na neurociência vai para o pesquisador brasileiro Alysson Muotri. Desde 2012 ele vem trabalhando com a reprogramação celular de neurônios. Isto é, obter uma célula não-diferenciada a partir de um neurônio. O próximo passo da sua pesquisa foi desenvolver “minicérebros” em laboratório, a partir de um único neurônio. Esse organóide é utilizado para pesquisas acerca do desenvolvimento e tratamento do Transtorno do Espectro Autista (TEA).
Biotecnologia in vivo
No âmbito dos estudos in vivo, unindo biotecnologia e neurociências, existem diversos grupos de pesquisas se dedicando a diferentes objetivos. Os escopos das pesquisas variam desde determinar as vias de sinalização de uma desordem até prospectar novos fármacos para o tratamento das mesmas. Estes trabalhos dependem de experimentação animal, e os animais mais utilizados são camundongos (Mus musculus), ratos (Ratus novergicus) e peixe zebra (Danio rerio).
No Brasil, diversos grupos de pesquisa se dedicam a buscar novos fármacos e a entender como os fármacos existentes agem no sistema biológico. Para esses estudos é importante usar sistemas metabólicos como os animais, uma vez que os mesmos possuem variações, como nós humanos. O grupo de pesquisa liderado pela pesquisadora Lucielli Savegnago, da Universidade Federal de Pelotas, merece destaque neste tópico.
O grupo de pesquisa dela é focado na prospecção de novas moléculas contendo selênio como abordagem terapêutica para desordens neuropsiquiátricas. Depressão, ansiedade e doença de Alzheimer são algumas desordens abordadas pelo grupo. Para tanto, são utilizados diversos métodos de indução dos comportamentos depressivos e ansiosos, bem como a neurodegeneração do Alzheimer em camundongos. A abordagem com as moléculas é para determinar quanto à proteção ou reversão das desordens.
Biotecnologia in silico
Além das abordagens in vitro e in vivo, a biotecnologia contribui com a neurociência com técnicas in silico. Estas técnicas são baseadas, principalmente, na neurociência computacional. Essa área possui enfoque no uso das ciências biológicas e computacionais para a compreensão da estrutura e circuitos cerebrais. Entretanto, a linha de pesquisa de maior destaque está relacionada aos processos cognitivos.
Nesta área, há a aplicação de diversos softwares para a predição de processos intra e intercelulares. O GENESIS é um dos exemplos, com capacidade de construir modelos realistas dos sistemas neurobiológicos, como processos subcelulares e redes de neurônios. Já o EDLUT é outro software utilizado para simular redes neurais grandes e médias, com capacidade de explorar as características biológicas das mesmas.
Além dessas aplicações, também há a utilização de programas de bioinformática que realizam predições de interações moléculas-ligantes. Nesse sentido, técnicas como a docagem molecular contribuem para o desenvolvimento de novos fármacos para desordens neuropsiquiátricas.
Na atualidade, com o constante crescimento de desordens neuropsiquiátricas, toda a ajuda para compreensão e tratamento é bem vinda. Sendo assim, a biotecnologia não podia ficar de fora! Além de trazer abordagens novas, de certa forma, também auxilia na redução do uso de animais em experimentação animal,obtendo assim, mais um ponto positivo.
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