O que é a optogenética?

O Dr. Pablo Barrecheguren explica o que é a optogenética, seus resultados pré-clínicos e os desafios, tanto técnicos quanto morais, desta técnica.

De todas as técnicas desenvolvidas em neurociência nos últimos anos, certamente a optogenética é aquela que mais rapidamente se normalizou como ferramenta de trabalho nos laboratórios.

Tal é o seu uso que já estão começando a surgir resultados pré-clínicos impressionantes. Por exemplo, atualmente está sendo analisado seu uso como terapia no tratamento de problemas de visão com base neurológica e, seguindo pelos sentidos, já foram desenvolvidos em roedores sistemas que permitem recuperar parte da audição usando esse tipo de tecnologia como uma possível opção alternativa aos implantes cocleares atuais. Embora pré-clínicos e modestos, estes são grandes resultados se considerarmos a relativa juventude dessa técnica, mas… Exatamente o que é optogenética?

O que exatamente é a optogenética

A optogenética baseia-se no uso de canais e bombas de íons sensíveis à luz (opsinas) para a ativação ou inibição de neurônios, o que permite manipular in vivo a atividade neuronal. No entanto, é preciso ter em mente que a presença das opsinas é obtida por meio de engenharia genética, sendo possível aplicar duas variantes diferentes:

1. Injeção de vetores virais em organismos adultos. Nesse caso, partículas virais que carregam as opsinas são geradas, os vírus são injetados diretamente na região do cérebro onde queremos aplicar a optogenética, os vírus infectam os neurônios e estes começam a produzir opsinas;
2. criação direta de animais geneticamente modificados que expressam opsinas em determinadas regiões do cérebro ou injeção de vetores virais in utero no cérebro de organismos modelo.

Pesquisas

Conforme o campo de pesquisa, usa-se uma estratégia ou outra em um organismo-modelo, que em geral são camundongos. Mas seja como for, o resultado é que temos um ser vivo com opsinas em seus neurônios. Como consequência disso, se esses neurônios forem estimulados com luz, as opsinas reagirão a ela gerando uma ativação ou inibição dos neurônios em função das modificações que realizamos. E como é possível ser bastante específico na escolha de quais neurônios expressam opsina e quais não, o resultado é que podemos regular à vontade a atividade de vias neuronais específicas.

Isso é fundamental para identificar a função de cada rede neuronal. Por exemplo, se suspeitamos que a ativação de certos neurônios aumenta o apetite, podemos gerar um camundongo que tenha opsinas nesses neurônios, estimular essas células com luz e ver se o camundongo ingere mais calorias. Além disso, literalmente o sistema funciona como um interruptor, então podemos desligar ou ligar esses neurônios quando quisermos enquanto observamos como muda, ou não, o comportamento do animal em tempo real.

Isso transformou a optogenética na ferramenta mais poderosa para estudos de comportamento, mas seu potencial também está no estudo do desenvolvimento cerebral, pois podemos provocar mudanças na atividade neuronal para depois analisar se isso altera ou não o desenvolvimento do sistema nervoso.

Desafios da optogenética

Ainda assim, é sempre importante lembrar que isso ainda se trata de pesquisa biomédica básica, a qual precisa superar muitos desafios antes de poder ser utilizada na clínica. Estes são dois dos principais obstáculos:

1. Normalmente, consegue-se estimular as células com luz mediante a implantação de um dispositivo intracraniano. Isso, embora cirurgicamente possível, é um fator muito a ser considerado se estivermos falando de um possível uso em seres humanos.
2. Para que a técnica funcione é necessário manipular geneticamente o organismo. Hoje em dia já é possível criar primatas não-humanos transgênicos, embora sejam extremamente raros e seu uso seja muito mais complexo do que o de outros organismos-modelo. Mas mesmo quando os problemas técnicos forem solucionados, isso não eliminará o conflito ético de ter que usar engenharia genética em seres humanos para poder aplicar biomédicamente a optogenética.

Está claro que os desafios, tanto técnicos quanto morais, que a optogenética apresenta são comparáveis ao seu grande potencial no campo da neurociência, razão pela qual é uma técnica que deve ser acompanhada com especial interesse nos próximos anos.

Referências

• Deubner, J., Coulon, P., & Diester, I. (2019). Optogenetic approaches to study the mammalian brain. Current Opinion in Structural Biology, 57(1), 157–163.
• Galvan, A., Stauffer, W. R., Acker, L., El-Shamayleh, Y., Inoue, K., Ohayon, S., & Schmid, M. C. (2017). Nonhuman Primate Optogenetics: Recent Advances and Future Directions. The Journal of Neuroscience, 37(45), 10894–10903.
• Keppeler, D., Vogl, C., Dieter, A., Moser, T., Huet, A., Jeschke, M., … Duque-Afonso, C. J. (2018). Optogenetic stimulation of cochlear neurons activates the auditory pathway and restores auditory-driven behavior in deaf adult gerbils. Science Translational Medicine, 10(449), eaao0540.
• Roska, B., & Sahel, J.-A. (2018). Restoring vision. Nature, 557, 359-367.

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