doi.org/10.1038/s41593-024-01648-w
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#Neurônios
A concentração de glicose no sangue dos seres humanos muda continuamente em resposta ao que comem e às atividades que realizam. Embora muitos estudos tenham investigado alterações na glicemia, o papel de diferentes neurônios no rastreamento e previsão dessas alterações permanece pouco compreendido.
Pesquisadores da ETH Zürich realizaram recentemente um estudo investigando o papel potencial de um tipo específico de neurônio, chamado neurônios de orexina, no rastreamento dos níveis de glicose no sangue.
Suas descobertas, publicadas na Nature Neuroscience, sugerem que os neurônios de orexina no cérebro do rato são responsáveis por rastrear a rapidez com que os níveis de glicose no sangue estão mudando.
“Na década de 2000, muitos esforços científicos foram feitos para identificar os chamados ‘neurônios sensores de glicose’, uma vez que essas células podem alterar nossa função cerebral com base no que está acontecendo minuto a minuto dentro de nosso corpo”, Denis Burdakov, co-autor do artigo, disse ao Medical Xpress.
“Com a enorme “epidemia de diabetes [diabetes + obesidade]? acontecendo em alguns países, como o Reino Unido e os EUA, isso também foi importante porque o açúcar estava implicado”.
Entre 2005 e 2011, o laboratório de pesquisa de Burdakov (então na Universidade de Cambridge) contribuiu para a identificação e caracterização da detecção de glicose em neurônios de orexina.
Estes são neurônios especializados que detectam glicose e produzem o neurotransmissor orexina/hipocretina.
A orexina/hipocretina é um “mensageiro? químico que contribui para a regulação de vários processos fisiológicos, incluindo excitação, vigília e apetite.
Os neurônios produtores de orexina, identificados há cerca de três décadas, são encontrados apenas no hipotálamo, mas inervam todo o sistema nervoso central em humanos e outros mamíferos.
“Os neurônios de orexina são tão importantes para nossa excitação e consciência que sem esse pequeno aglomerado de células nossa consciência normal é perdida (como na narcolepsia – que é um distúrbio causado pela perda de células de orexina ou orexina em humanos)”, disse Burdakov.
“Nossos experimentos mais antigos indicaram que as células de orexina são profundamente silenciadas pela glicose, mas isso estava ‘em um prato’, em nossos experimentos em células isoladas de orexina.
Desde então, descobriu-se que, no cérebro vivo de um mamífero em comportamento, as células de orexina são profundamente controladas por muitas outras coisas, incluindo informações neurais diretas de grande parte do cérebro.” Embora seus estudos anteriores tenham reunido informações interessantes sobre a orexina, eles foram realizados principalmente em células isoladas examinadas em placas de Petri.
Portanto, o papel destas células no cérebro dos animais vivos e a sua ligação aos níveis de glicose no sangue ainda não tinham sido examinados.
Como parte do seu novo estudo, Burdakov e os seus colegas decidiram preencher esta lacuna na literatura, tentando particularmente determinar se as alterações fisiológicas nos níveis de glicose no sangue eram “percebidas? pelas células produtoras de orexina.
Além disso, se estas células conseguem de fato detectar alterações na glicose, a equipe pretendia determinar se se concentravam em alguns atributos específicos destas alterações e se a sua contribuição afeta o comportamento.
“O desafio em nosso experimento foi medir a atividade em tempo real dos neurônios vivos de orexina no cérebro, juntamente com as flutuações simultâneas do nível de glicose no sangue”, explicou Burdakov.
“Isso foi essencial para tirar quaisquer conclusões.
Para conseguir isso, colocamos pequenos sensores eletroquímicos de glicose em uma artéria.
Ao mesmo tempo, usamos tubos de vidro extremamente finos inseridos profundamente no cérebro para observar o que as células de orexina estavam fazendo – podíamos ver isso porque direcionamos um repórter de atividade fluorescente especificamente para células de orexina.” A concentração de glicose no sangue não é controlada apenas pela alimentação e pelo exercício, mas também é regulada pelo hormônio natural, a insulina, e pelo fígado, que produz ondas dinâmicas de glicose no sangue.
Burdakov e seus colegas usaram seus sensores introduzidos nas artérias para monitorar essas mudanças ondulatórias na concentração de glicose ao longo do tempo.
Isto permitiu-lhes observar em que ponto das ondas (isto é, na sua crista, vale, subida, descida) os neurónios de orexina no cérebro do rato ficaram excitados ou silenciaram.
Além disso, os investigadores observaram o comportamento dos ratos, particularmente a sua corrida espontânea, para determinar se era influenciado pela glicemia em ratos normais e em ratos que não tinham neurónios produtores de orexina.
“Descobrimos que a maior modulação da atividade das células da orexina ocorreu durante a ascensão e queda das ondas de glicose no sangue”, disse Burdakov.
“Surpreendentemente, as células de orexina pareciam quase cegas aos níveis absolutos de glicose no sangue, mas monitoravam principalmente os aumentos e quedas, especialmente a taxa de variação da glicose durante esses aumentos e quedas”.
As descobertas recolhidas pelos investigadores destacam o papel potencial das células de orexina no acompanhamento dos níveis de glicose no sangue, particularmente as suas características temporais (ou seja, as suas alterações ao longo do tempo).
Assim, eles lançam uma nova luz sobre a complexa neurobiologia da percepção da glicose no sangue no cérebro.
“É fantástico trabalhar aqui na ETH, onde nós, biólogos, estamos rodeados de engenheiros”, disse Burdakov.
“Qualquer engenheiro lhe dirá que a detecção da taxa de mudança é realmente importante para um controle rápido e oportuno. Esta é uma ideia muito básica na engenharia de controle, que é útil para responder à rapidez com que algo está mudando, em vez de esperar que uma grande mudança ocorra (quando muitas vezes já é tarde demais para fazer qualquer coisa).
“O nome dos livros de engenharia para isso é ‘controle baseado em derivada’, o que significa que você emite sinais de controle com base na primeira derivada temporal da variável que está rastreando.” Essencialmente, Burdakov e seus colegas mostraram que os sensores cerebrais de glicose podem emitir sinais de controle que respondem a características temporais da glicose no sangue (isto é, a taxa de variação), em vez de concentrações absolutas de glicose.
O seu artigo descobriu assim um processo de detecção biológica inata que o cérebro utiliza para monitorizar as concentrações de glicose no sangue ao longo do tempo.
“Além das implicações fundamentais para a compreensão de como nossos cérebros são projetados (ou seja, “engenharia reversa do cérebro”), neste caso especificamente como a atividade cerebral se sincroniza com o estado metabólico do nosso corpo, nossas descobertas têm implicações práticas para tentar controlar a atividade de nosso cérebro através de regimes dietéticos”, disse Burdakov.
“Também confirmamos que isso poderia ser muito importante para um resultado básico do cérebro, o movimento voluntário: os ratos que não tinham neurônios de orexina normalmente não conseguiam ajustar seu comportamento de corrida à glicose”.
Os resultados interessantes recolhidos por esta equipe de investigadores do ETH Zürich poderão em breve inspirar novas experiências centradas em neurónios produtores de orexina.
Coletivamente, esses esforços de pesquisa revelam processos neurais importantes que apoiam o monitoramento dos estados fisiológicos relacionados à glicose no sangue.
“Queremos agora ir mais longe ao testar se as suposições clássicas sobre a função cerebral ainda se mantêm quando examinadas com as técnicas modernas de monitorização da fisiologia temporal do corpo”, acrescentou Burdakov.
“Estamos particularmente interessados nos neurônios de orexina e em como seus ‘algoritmos de atividade’ alteram as coisas em nossos cérebros, especialmente os circuitos ligados à cognição e à emoção.”
Publicado em 13/06/2024 01h37
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