p As tecnologias ópticas que podem ser usadas para modular a atividade neuronal estão abrindo possibilidades interessantes para pesquisas em neurociência e biologia. Ferramentas ópticas permitem aos neurocientistas excitar e inibir neurônios ou áreas do cérebro à vontade. Eles podem, portanto, ser usados ​​para investigar a função de circuitos ou regiões cerebrais específicas, bem como identificar novos tratamentos potenciais para doenças neurológicas e psiquiátricas. p A geração de photoswitches de azobenzeno amarrados direcionados a bicamadas de membrana ou ligados a canais iônicos é uma técnica óptica pioneira que pode auxiliar ainda mais no estudo do cérebro humano. Esta técnica, Contudo, particularmente quando implementado em altas intensidades de luz, pode levar a um aumento considerável na temperatura e, portanto, pode ser prejudicial aos neurônios quando usado repetidamente.

p Para superar essa limitação, pesquisadores do Instituto Italiano de Tecnologia (IIT) em colaboração com o Politecnico di Milano, criaram recentemente um novo composto de azobenzeno sensível à luz, apelidado de Ziapin2, que pode ser usado para construir photoswitches que não aumentam de temperatura quando irradiados com luz visível. Este novo composto, introduzido em um artigo publicado em Nature Nanotechnology , particiona na membrana plasmática com alta estabilidade, permitindo seu afinamento e um aumento da capacitância em um estado estacionário.

p "Nosso estudo foi inspirado (ou bioinspirado) por duas observações, "Guglielmo Lanzani, um dos pesquisadores que realizou o estudo, disse TechXplore. "A primeira é que, em geral, a natureza captura luz em células vivas usando moléculas fotocrômicas (por exemplo, retinal em fotorreceptores da retina). A segunda é que a perturbação da membrana do neurônio e, particularmente, uma mudança na capacitância elétrica (a capacidade de armazenar cargas) leva a excitação celular, conforme observado ao aquecer a célula. "

p Moléculas fotocrômicas, como o composto de azobenzeno desenvolvido por Chiara Bertarelli, Guglielmo Lanzani e Fabio Benfenati, podem mudar de forma após absorver a luz. Essa mudança também afeta algumas de suas propriedades, incluindo seu impedimento estérico (isto é, o volume que ocupam), cor e propriedades elétricas.

p Quando aplicado a uma membrana, esta característica permite que as moléculas fotocrômicas atuem como interruptores mecânicos ou molas, modulando a espessura da membrana ao absorver a luz e, assim, mudando sua capacitância elétrica. Isso, por sua vez, permite uma série de fenômenos, em última análise, levando a um potencial de ação nos neurônios.

p "Os métodos usados ​​em nosso estudo nos permitiram obter um mecanismo de estimulação não térmica para induzir a sensibilidade à luz em células e tecidos vivos, "Lanzani explicou." Nossa abordagem também é não genética (evita terapia genética) e não covalente (evita modificações químicas permanentes da célula). Em outras palavras, é uma ferramenta minimamente invasiva. "

p Quando eles aplicaram pulsos de milissegundos de luz visível aos neurônios carregados com o composto que criaram, Benfenati, Lanzani e seus colegas observaram uma hiperpolarização transitória resultante, logo seguido por uma despolarização retardada que finalmente desencadeou o disparo de potenciais de ação. Esses efeitos foram considerados persistentes e os pesquisadores foram capazes de provocá-los in vivo por até 7 dias consecutivos.

p "A principal conquista de nosso estudo é que fomos capazes de estimular os neurônios sem manipulações optogenéticas e sem interferir diretamente nos canais iônicos da membrana, "Benfenati disse ao TechXplore." Fizemos isso apenas solicitando uma deformação transitória da membrana que torna os neurônios mais estáveis ​​eletricamente no escuro e é liberada sob estimulação de luz, evocando o disparo do potencial de ação. "

p Ziapin2, o composto introduzido por Lanzani, Benfenati, Bertarelli e seus colegas, permite a modulação da capacitância elétrica da membrana na escala de tempo de milissegundos, sem causar mudanças na temperatura. No futuro, poderia ser usado para desenvolver photoswitches para pesquisas neurocientíficas que são menos prejudiciais aos neurônios.

p "Nossos planos para pesquisas futuras são duplos, "Benfenati disse." Por um lado, planejamos impulsionar a aplicação de Ziapin para excitar circuitos retinais em modelos experimentais de degeneração da retina ou desafiar circuitos cerebrais doentes. Por outro lado, procuramos variantes de Ziapin que sejam mais solúveis em água (e, portanto, possam ser administradas com mais segurança) e que permaneçam na membrana por mais tempo. " p © 2020 Science X Network