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Camundongo é usado como cobaia em um experimento de Karl Deisseroth com fibra óptica | Inbal Goshen E Karl Deisseroth
Camundongo é usado como cobaia em um experimento de Karl Deisseroth com fibra óptica| Foto: Inbal Goshen E Karl Deisseroth

A optogenética é uma técnica que permite aos cientistas ligar e desligar as células do cérebro com uma combinação de manipulação genética e pulsos luminosos, numa atividade que vai além da observação. As ferramentas da optogenética estão permitindo aos cientistas encontrar e controlar neurônios que, por exemplo, regulam um tipo de agressão em moscas-das-frutas. A esperança é que essa ferramenta revele mecanismos do funcionamento cerebral do inseto que tenham equivalentes no cérebro humano.

Há um ano, o presidente Barack Obama anunciou investimentos em uma pesquisa de mapeamento da atividade cerebral, com recursos de US$ 100 milhões no primeiro ano. A quantia é pequena se comparada aos US$ 4,5 bilhões que os Institutos Nacionais de Saúde (NIH, na sigla em inglês) gastam anualmente em neurociência, mas ajudará a promover a investigação sobre o cérebro e o mapeamento de seus caminhos, a começar por criaturas pequenas, como as moscas.

Cori Bargmann, da Universidade Rockefeller, em Nova York, é o responsável por definir as prioridades do NIH em sua participação nessa iniciativa de estudo do cérebro. Para ela, a optogenética é um grande exemplo de como a tecnologia pode fomentar o progresso científico. "A optogenética é a coisa mais revolucionária que aconteceu na neurociência nas últimas duas décadas", disse.

No cerne de toda a optogenética estão as proteínas chamadas opsinas. Elas são encontradas nos olhos de seres humanos, em micróbios e em outros organismos. Quando a luz incide numa opsina, ela absorve um fóton e se altera.

No começo dos anos 2000, uma melhora na engenharia de vírus permitiu que os genes de opsinas fossem encaixados em células nervosas sem causar danos.

Em 2005, Karl Deisseroth, Edward Boyden, Feng Zhang, Ernst Bamberg e Georg Nagel publicaram um estudo mostrando que uma opsina chamada canalrodopsina 2 poderia ser usada para acionar neurônios de mamíferos com luz azul. Foi um avanço, mas já havia antecedentes. Em 2002, Gero Miesenböck, atualmente em Oxford, e Boris Zemelman, atualmente na Universidade do Texas, provaram que a optogenética poderia funcionar. O sucesso da descoberta foi demonstrado usando opsinas da mosca-das-frutas para acionar neurônios de camundongos cultivados em laboratório.

Ehud Isacoff, da Universidade da Califórnia, em Berkeley, analisou o desenvolvimento da optogenética recentemente, após a entrega do Prêmio Europeu do Cérebro de 2013 para seis pessoas, incluindo Deisseroth e Boyden, por seus trabalhos em optogenética.

O grupo de Deisseroth, disse Isacoff, concentrou-se nas opsinas microbianas, baseando-se nos estudos dos cientistas Bamberg, Nagel e Peter Hegemann, da Universidade Humboldt, em Berlim. Eles descobriram como introduzir uma dessas opsinas de forma segura nos neurônios de mamíferos, para que esses neurônios respondessem com força à luz.

Logo depois, o laboratório de Stefan Herlitze, da Universidade do Ruhr-Bochum, na Alemanha, divulgou um resultado semelhante. Deisseroth destacou, no entanto, que aquela pesquisa envolvia apenas células em cultura. Ainda havia muitas perguntas. "Como introduzir a luz no fundo do cérebro? Como mirar nesses genes? Isso irá controlar o comportamento? Será capaz de ativar e desativar comportamentos?"

Os pesquisadores agora estão desenvolvendo técnicas que, escreveu Isacoff, foram usadas para estudar ondas cerebrais, memória, fome, dependência, agressão, namoro, modalidades sensoriais e comportamento motor.

Em 2013, ao mesmo tempo em que prosseguia com o desenvolvimento de técnicas da optogenética, o laboratório Deisseroth produziu outra técnica. Ele e Kwanghun Chung deixaram os cérebros de camundongos totalmente transparentes, com um método chamado Clarity. Cérebros de camundongos foram embebidos em um hidrogel, substância bastante conhecida dos químicos, mas nunca antes usada na neurociência. O método deixa o tecido cerebral transparente, mas ainda disponível para testes bioquímicos.

O objetivo de Deisseroth continua sendo o de encontrar uma maneira de ajudar as pessoas com doença mental severa ou anomalias do cérebro. Recentemente, ele propôs formas para que a optogenética, o Clarity e outras técnicas possam ser usadas com esse fim.

A optogenética é uma ferramenta crucial na compreensão de funções. O Clarity, por outro lado, é uma ajuda para o mapeamento básico da estrutura, o que, segundo ele, é tão importante de entender quanto a atividade. "Já apliquei a eletroconvulsoterapia —eu sei que podemos aplicar essa terapia e causar convulsão generalizada [em que toda a atividade cerebral é perturbada]", diz ele.

"Em poucos minutos, a pessoa volta por completo. Volta de onde? Da estrutura", disse.

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