Uma pesquisa publicada na revista científica Nature Chemical Biology demonstra uma nova ferramenta para cientistas que estudam condições como autismo e doença de Alzheimer. Os cientistas da Promega R&D, empresa do ramo de ciências biológicas, localizada em Madison, nos Estados Unidos, unidos aos pesquisadores da Stanford University School Medicine, publicaram na quinta-feira, 9, um artigo descrevendo o desenvolvimento da cefalofurimazina, um novo substrato para NanoLuc Luciferase, que permite aos pesquisadores estudar o cérebro usando imagem de bioluminescência.
A imagem de bioluminescência permite visualizar, de forma não invasiva, células e eventos bioquímicos in vivo e, portanto, tornou-se uma técnica indispensável na pesquisa biomédica. No entanto, o BLI no sistema nervoso central continua sendo um desafio porque as luciferases, enzimas que catalisam reações biológicas transformando energia química em energia luminosa, apresentam desempenho relativamente ruim no cérebro com os substratos existentes.
Desta forma, o novo estudo marca um grande avanço tecnológico para pesquisas sobre doenças neurológicas complexas e possíveis tratamentos. “Esta será uma ferramenta muito importante para os cientistas que estudam condições de desenvolvimento e condições degenerativas no cérebro”, disse nesta terça-feira, 14, Thomas Kirkland, investigador científico sênior da Promega. “A cefalofurimazina nos permitirá preencher a lacuna entre modelos celulares e modelos animais”.
Além disso, em contraste com a imagem de fluorescência, o BLI não requer luz de excitação e, portanto, é livre de autofluorescência e fototoxicidade. As comparações diretas também verificaram a superioridade da bioluminescência sobre a fluorescência para detectar as células.
A imagem de bioluminescência permite que os cientistas estudem de forma não invasiva a expressão genética, a localização celular e eventos moleculares em animais vivos. Um único espécime pode ser continuamente estudado ao longo de sua vida, com o mínimo de perturbação em sua anatomia e fisiologia naturais.
Com a técnica, é possível estudar a progressão de doenças degenerativas e de desenvolvimento e caracterizar os efeitos de tratamentos potenciais dentro do corpo. Conforme o próprio estudo, o cérebro, no entanto, apresenta desafios únicos devido às barreiras físicas e fisiológicas formadas pelo crânio e pela barreira hematoencefálica, que dificulta a passagem de substâncias do sangue para o sistema nervoso central.
Aplicações de bioluminescência em neurociência permanecem incomuns. Segundo a pesquisa, uma das principais razões é que a barreira hematoencefálica restringe o acesso dos substratos tradicionais da luciferase ao sistema nervoso central.
“Para as luciferases de insetos dependentes de molécula ATP, como a comumente usada em luciferase de vaga-lume, seu substrato natural D-luciferina já foi considerado permeável à barreira hematoencefálica com base em seu pequeno tamanho e capacidade de gerar alguns sinais cerebrais”, afirma o estudo.
A cefalofurimazina, o novo substrato descrito na revista científica, não apenas supera esses desafios, mas também aumenta a sensibilidade em pelo menos 2,5 vezes em comparação com substratos NanoLuc anteriores usados em imagens neurológicas. “Isso permitirá que os cientistas visualizem melhor os eventos moleculares em modelos de camundongos que representam condições como autismo, mal de Alzheimer e câncer cerebral”, conclui a pesquisa. E, futuramente, poder ser aplicada também em seres humanos.
Especialmente na ciência e na saúde, a bioluminescência, ou o processo biológico pelo qual animais, como o vaga-lume e a água-viva, emitem luz a partir de suas células, tem provocado revoluções importantes nas áreas. As proteínas da bioluminescência foram usadas como ferramentas na descoberta de novos medicamentos e já foram aplicadas amplamente em pesquisas biomédicas.