Sonda de espectroscopia pode melhorar procedimento de estimulação cerebral profunda para Parkinson

Cortes de tecido dos hemisférios esquerdo e direito mostrando duas inserções de eletrodos em (a) uma porção fora do alvo do hemisfério direito do cérebro (usando CARS) e (b) no núcleo subtalâmico (STN) do hemisfério esquerdo do cérebro (usando DRS ). Os tipos de tecidos foram identificados visualmente a partir de cortes histológicos (HISTO) para gerar um código de barras composto pelas regiões preta (substância cinzenta) e branca (substância branca). Este código de barras é comparado com os dados adquiridos com a sonda óptica e analisados usando um algoritmo PCA (PROBE barcode). Crédito: Mireille Quémener, engenheira de pesquisa do laboratório do Prof. Daniel Côté no CERVO Brain Research Center (Université Laval).

MARCH 20, 2023 - A estimulação cerebral profunda (DBS) tornou-se um tratamento cada vez mais comum para pacientes com doença de Parkinson avançada, mas o procedimento ainda traz riscos significativos. Uma nova sonda que realiza dois tipos de espectroscopia pode tornar o procedimento mais seguro e melhorar as taxas de sucesso, ajudando os médicos a navegar com mais precisão pelos instrumentos dentro do cérebro. A equipe de pesquisa identificou a matéria branca e cinzenta usando a análise de componentes principais (PCA), provando que as medições espectroscópicas podem ser adequadas para a neuronavegação.

Para DBS, os cirurgiões colocam eletrodos no cérebro para interromper os sinais errôneos que causam tremores debilitantes e rigidez associados à doença de Parkinson avançada. Pode ser um tratamento notavelmente eficaz para pacientes que não se beneficiam mais dos medicamentos disponíveis, mas colocar um eletrodo no local errado pode reduzir a eficácia e levar a distúrbios psicológicos.

Mireille Quémener, do CERVO Brain Research Center (Université Laval) em Québec, detalhará a nova pesquisa no Congresso de Biofotônica que está sendo realizado em Vancouver, British Columbia, e online de 23 a 27 de abril de 2023.

"Melhorar a orientação neurocirúrgica para a inserção do eletrodo DBS simplificaria o processo cirúrgico, diminuiria o tempo da cirurgia, reduziria o custo geral do tratamento de saúde e evitaria consequências neuropsicológicas adversas", disse Quémener.

Suporte de navegação em tempo real
DBS é um procedimento de duas partes, incluindo uma cirurgia para colocar eletrodos em partes específicas do cérebro e uma segunda cirurgia para implantar uma bateria que fornece corrente elétrica aos eletrodos. Para o primeiro procedimento, os médicos geralmente contam com exames de ressonância magnética (MRI) pré-cirúrgicos para planejar onde inserirão os eletrodos. No entanto, isso às vezes pode levar a um posicionamento impreciso, pois o cérebro pode se deslocar em até 2 mm durante o processo de perfuração de um orifício de acesso no crânio.

No novo trabalho, os pesquisadores criaram um eletrodo DBS que é aprimorado com uma sonda óptica para realizar espectroscopia de espalhamento anti-Stokes Raman coerente (CARS) e espectroscopia de refletância difusa (DRS) em tecidos cerebrais durante o processo de inserção. A sonda se encaixa no eletrodo DBS e contém duas fibras para iluminação CARS e DRS e uma terceira fibra para coletar os sinais. Uma vez que o eletrodo atinge a posição de destino, a sonda óptica pode ser mantida enquanto o eletrodo permanece no lugar.

Confirmando a precisão
Para testar a nova sonda, um neurocirurgião a utilizou para implantar eletrodos em seis regiões do cérebro de um cadáver humano. As medições CARS e DRS foram coletadas ao longo de um comprimento total de 50 mm em cada um dos dois hemisférios do cérebro. Após o procedimento, os pesquisadores extraíram o cérebro e identificaram visualmente a matéria branca e cinzenta por onde a sonda havia passado.

Comparando as leituras das medições CARS e DRS com o registro visual das estruturas cerebrais, os pesquisadores descobriram que os métodos CARS e DRS identificaram o tecido cerebral com grande precisão. Essas descobertas confirmam que a espectroscopia pode ser uma ferramenta útil para ajudar os neurocirurgiões a navegar no cérebro.

Os pesquisadores planejam estudar se a abordagem pode ser usada para coletar informações espectroscópicas ainda mais detalhadas, por exemplo, para medir neurotransmissores que fornecem uma assinatura química da atividade cerebral.

"Atualmente, nossa equipe está trabalhando na adaptação da sonda óptica para usá-la em ensaios clínicos para pacientes que serão submetidos a uma cirurgia DBS. Estamos convencidos de que os métodos ópticos têm um enorme potencial para orientação cirúrgica e esperamos que nossa tecnologia surja na clínica para ajudar os cirurgiões em vários procedimentos cerebrais", disse Quémener. Original em inglês, tradução Google, revisão Hugo. Fonte: Medicalxpress. 

Uma nova visão da doença de Parkinson

Pesquisadores da Texas A&M AgriLife lançam luz sobre a neurotoxicidade no distúrbio

October 8, 2021 - Mais de 10 milhões de pessoas em todo o mundo têm a doença de Parkinson, que é progressivamente debilitante e, atualmente, incurável. Agora, os pesquisadores do Texas A&M AgriLife descobriram uma nova maneira de estudar a progressão do distúrbio em um nível molecular. A equipe também obteve novas pistas para um tratamento.

Para continuar o trabalho no projeto, o National Institutes of General Medical Sciences concedeu o Outstanding Investigator Award e US $ 1,4 milhão em financiamento a Dmitry Kurouski, Ph.D., professor assistente do Departamento de Bioquímica do Texas A&M College of Agriculture and Life Sciences Biofísica.

A doença de Parkinson causa vazamentos em alguns neurônios
Em pacientes com Parkinson, uma proteína normalmente benigna chamada alfa-sinucleína começa a se comportar de maneira anormal - mas apenas em alguns neurônios. Um neurônio saudável contém muitas cópias idênticas de alfa-sinucleína. Em pacientes com Parkinson, essas cópias tendem a formar grandes aglomerados ou agregados. Os neurônios que contêm esses agregados ficam “vazando” e, eventualmente, morrem. Com o tempo, mais e mais neurônios são afetados. Ainda assim, em outros neurônios no mesmo cérebro, a alfa-sinucleína não se agrega na mesma extensão e não causa problemas.

A alfa-sinucleína pode se comportar de maneiras tão diferentes em neurônios diferentes por causa do que mais está nas células. Por exemplo, a alfa-sinucleína interage com os lipídios, uma classe de moléculas que são os principais componentes das membranas celulares. Relacionado a isso, vários grupos de pesquisa mostraram que a alfa-sinucleína pode romper as membranas celulares e torná-las vazadas.

Aprender mais sobre como os diferentes lipídios e a alfa-sinucleína interagem pode responder por que a alfa-sinucleína é tóxica em alguns neurônios, mas não em outros. No entanto, estudar esse fenômeno tem sido um desafio. A alfa-sinucleína pode se agregar em formas muito diferentes, como a água formando flocos de neve, bolas de neve, pingentes de gelo ou icebergs. As formas variadas e mutáveis ​​dos agregados confundem várias técnicas que os pesquisadores podem usar para estudá-los.

O que há de novo

Tianyi Dou, estudante de graduação e co-autora, trabalhando no laboratório (foto Texas A&M AgriLife de Dmitry Kurouski)
Um método desenvolvido recentemente por Kurouski revelou-se bastante útil para estudar a interação da alfa-sinucleína com os lipídios. Kurouski e sua equipe estão usando duas técnicas sofisticadas que eles usaram anteriormente em partículas de vírus de várias formas - espectroscopia nano-Raman e espectroscopia nano-infravermelho.

Na verdade, para o projeto de Parkinson, as técnicas já estão fornecendo informações sobre as dobras, lipídios e aminoácidos na superfície dos agregados de alfa-sinucleína e em seu núcleo.

“O que descobrimos é que a estrutura e a toxicidade da alfa-sinucleína podem ser alteradas exclusivamente por lipídios”, disse Kurouski. Este trabalho foi publicado recentemente no Journal of Physical Chemistry Letters.

Em seguida, a equipe investigará mais como os componentes da membrana celular, como o colesterol, afetam a toxicidade da alfa-sinucleína. Os pesquisadores planejam estudar esses efeitos em células em cultura e em células de pacientes com Parkinson.

No geral, a equipe visa determinar por que a alfa-sinucleína tem efeitos tóxicos apenas em alguns neurônios. Os pesquisadores levantam a hipótese de que a toxicidade dos agregados de alfa-sinucleína é determinada por sua estrutura. Essa estrutura, por sua vez, é controlada pela composição lipídica das membranas neuronais.

“Com a idade e outros fatores, a composição lipídica do cérebro muda”, disse Kurouski. “Se descobrirmos que uma determinada composição lipídica promove a toxicidade da alfa-sinucleína, poderíamos então encontrar um tratamento ou uma dieta para mitigá-la?”

Tianyi Dou, uma estudante de pós-graduação no laboratório de Kurouski, tem conduzido experimentos de espectroscopia.

“Mesmo que o que estamos fazendo possa não curar a doença diretamente, é essencial entender o mecanismo pelo qual os agregados se tornam tóxicos”, disse Dou. “É um projeto difícil e estamos dando o nosso melhor para explorar as peças que faltam.”

Um projeto em construção há anos
Kurouski estudou doenças relacionadas a agregados de proteínas pela primeira vez como estudante de pós-graduação. Ele sempre quis voltar a esse tópico em seu próprio laboratório, disse ele.

“Quando comecei o laboratório, começamos a trabalhar no Parkinson e levou vários anos para construir a instrumentação para a análise estrutural que agora podemos fazer”, disse Kurouski. “Testamos o método primeiro em vírus e vimos que ele pode funcionar excepcionalmente bem para a caracterização de pequenos objetos biológicos.”

Eventualmente, uma olhada em outras doenças além do Parkinson
A equipe planeja usar o mesmo método para estudar agregados de proteínas ligados às doenças de Alzheimer, Huntington e príons.

“Esses diferentes problemas podem mostrar sinergia ou abrir mais questões”, disse Kurouski. “Queremos entender se o que estamos descrevendo é um fenômeno geral.” Original em inglês, tradução Google, revisão Hugo. Fonte: Bcbp.