"Interruptor de luz molecular" melhorado promete ajuda a cegos, surdos e doentes cardíacos
Um avanço significativo na optogenética
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Controlo fiável e mais suave da atividade celular através da luz: Os investigadores do Cluster of Excellence Multiscale Bioimaging (MBExC) e do Else Kröner Fresenius Center for Optogenetic Therapies (EKFZ OT) do University Medical Center Göttingen (UMG) desenvolveram uma proteína sensível à luz que pode restaurar a visão e a audição e regular o ritmo cardíaco. A particularidade: Mesmo doses muito pequenas de luz são suficientes para acionar este "interrutor de luz molecular". Isto abre novas possibilidades para o desenvolvimento de terapias inovadoras para tratar a cegueira, a surdez e a arritmia cardíaca. Os resultados foram publicados na revista "Nature Biomedical Engineering".
A optogenética é uma tecnologia inovadora que utiliza proteínas sensíveis à luz, conhecidas como canal rodopsinas, para controlar com precisão a atividade das células nervosas e musculares. Os esquemas genéticos para estes "interruptores de luz moleculares" são introduzidos nas células-alvo através de vectores virais especialmente concebidos para o efeito. A atividade celular pode então ser activada e desactivada através de impulsos de luz programados com precisão. O domínio da optogenética abriu novas possibilidades a nível mundial na investigação fundamental, mas também no tratamento de doenças. A fim de utilizar esta tecnologia para o desenvolvimento de novas opções de tratamento, por exemplo, para doentes cardíacos, deficientes auditivos graves e pessoas cegas, tanto as proteínas sensíveis à luz como os vírus têm de ser adaptados de forma óptima para garantir o máximo benefício e a segurança necessária para utilização em seres humanos.
Os investigadores do Cluster of Excellence Multiscale Bioimaging (MBExC) de Göttingen e do Else Kröner Fresenius Center for Optogenetic Therapies (EKFZ OT) descreveram agora o desenvolvimento e a aplicação de uma nova proteína sensível à luz, particularmente promissora. Esta nova rodopsina de canal desenvolvida pelo Dr. Thomas Mager, chefe do grupo de investigação do Instituto de Neurociência Auditiva do Centro Médico Universitário de Göttingen (UMG) e seus colegas, chama-se "ChReef". "Modificando especificamente o plano genético desta proteína ativável pela luz e, entre outros, utilizando métodos analíticos baseados em robôs, conseguimos aumentar significativamente a eficiência da estimulação optogenética", explica o Dr. Mager. "Dr. Tobias Moser, diretor do Instituto de Neurociência Auditiva da UMG e porta-voz do MBExC e do EKFZ OT.
Aplicações terapêuticas prometedoras do ChReef
Num estudo exaustivo, os investigadores do MBExC e do EKFZ OT avaliaram a eficácia da nova quanelrodopsina e comprovaram o grande potencial da ChReef nas ciências da vida e nas aplicações clínicas.
Dr. Tobias Brügmann, chefe do grupo de investigação do Departamento de Fisiologia Cardiovascular da UMG, membro do MBExC e orador adjunto do EKFZ OT, conseguiram demonstrar, por exemplo, que a nova "ferramenta" pode terminar o batimento irregular dos cardiomiócitos com um gasto mínimo de energia.
Dr.ª Emilie Macé, professora de "Dinâmica das Redes de Células Excitáveis" no Departamento de Oftalmologia da UMG, a nova ferramenta foi testada em ratos cegos através de uma terapia genética administrada diretamente nos olhos. Um teste comportamental posterior mostrou que os ratos eram capazes de detetar diferenças de luminosidade num ecrã de iPad. Este tipo de restauração da visão já foi testado em humanos noutros estudos, mas com as canalrodopsinas anteriormente utilizadas, eram necessárias fontes de luz muito fortes.
Outra aplicação possível para o ChReef que os autores descrevem é a restauração optogenética da audição através do implante coclear optogenético (oCI). Este promete uma melhor resolução de diferentes tons em comparação com o implante coclear elétrico atualmente utilizado em todo o mundo para a reabilitação auditiva. No estudo recentemente publicado, os investigadores necessitaram de doses de luz impressionantemente baixas para "ouvir com luz". Com o desenvolvimento do ChReef, demos um passo significativo para a aplicação clínica do implante coclear optogenético, uma vez que agora é necessária uma quantidade significativamente menor de energia para "ouvir com luz"", explica o Prof. Moser. "Por um lado, isto reduz os danos celulares causados pela luz e, por outro lado, as baterias duram mais tempo." Para a aplicação humana, também é relevante o facto de a restauração da audição com luz também ser possível no modelo primata, como demonstraram pela primeira vez os investigadores liderados pelo Prof. Dr. Marcus Jeschke, chefe do grupo de investigação "Audição Cognitiva em Primatas" no Centro Alemão de Primatas - Instituto Leibniz para a Investigação de Primatas (DPZ) em Göttingen. "O ChReef representa um avanço significativo na optogenética e oferece um grande potencial para a investigação fundamental, bem como para aplicações terapêuticas, tais como distúrbios do ritmo cardíaco ou a restauração da audição e da visão", acrescenta a Dra. Bettina Wolf, investigadora de pós-doutoramento no Instituto de Neurociência Auditiva e coautora do estudo.
Este projeto de investigação foi apoiado pelo Göttingen Excellence Cluster 'Multiscale Bioimaging: from molecular machines to networks of excitable cells' (MBExC) e pelo Else Kröner Fresenius Center for Optogenetic Therapies (EKFZ OT), que está atualmente a ser criado e tem como objetivo fazer avançar a tradução das terapias optogenéticas para aplicações clínicas. "O desenvolvimento de novos métodos está intimamente ligado a aplicações médicas científicas e planeadas aqui em Göttingen. Aprendemos uns com os outros e podemos, assim, fazer progressos particularmente eficientes no desenvolvimento de terapias optogenéticas", sublinha o Prof. Moser o potencial da colaboração sinérgica entre o MBExC e o EKFZ OT em Göttingen.
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Publicação original
Alexey Alekseev, Victoria Hunniford, Maria Zerche, Marcus Jeschke, Fadhel El May, Anna Vavakou, Dominique Siegenthaler, Marc A. Hüser, Svenja M. Kiehn, ... Stuart Trenholm, Emilie Macé, Kathrin Kusch, Tobias Bruegmann, Bettina J. Wolf, Thomas Mager, Tobias Moser; "Efficient and sustained optogenetic control of sensory and cardiac systems"; Nature Biomedical Engineering, 2025-7-28
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