Um nanomaterial desenvolvido por pesquisadores da Duke pode ajudar a regular os níveis de cloreto nas células nervosas que contribuem para a dor crônica, epilepsia, e lesão cerebral traumática.

As evidências, publicado online em 10 de dezembro, 2012, no jornal Pequena , foram demonstrados em células nervosas individuais, bem como nos cérebros de camundongos e ratos, e pode ter aplicações futuras em dispositivos intracranianos ou espinhais para ajudar a tratar lesões neurais.

Os nanotubos de carbono são um nanomaterial com características únicas, incluindo resistência mecânica e condutividade elétrica. Essas características, junto com seu tamanho minúsculo, torná-los atraentes para pesquisadores em tecnologia e medicina.

Em um mundo de computadores e smartphones cada vez menores, nanotubos de carbono têm sido aproveitados como uma solução para melhorar os microchips. Eles superam os microchips de silício em tamanho e desempenho, atendendo a uma demanda por menores, dispositivos mais rápidos. Para pessoas com lesões nervosas e certos distúrbios neurológicos, dispositivos revestidos ou inteiramente feitos de nanotubos de carbono podem oferecer um novo caminho para melhorar as opções de tratamento.

"Os nanotubos de carbono são uma grande promessa para uma série de aplicações, e estamos apenas começando a ver seu enorme potencial, "disse o autor principal Wolfgang Liedtke, M.D., PhD, professor associado de medicina e neurobiologia na Duke. "Suas propriedades mecânicas e elétricas excepcionais os tornam ideais para o desenvolvimento de dispositivos que fazem interface com os tecidos nervosos. No entanto, os mecanismos precisos por trás dos nanotubos de carbono e seus efeitos sobre os neurônios permanecem indefinidos. "

Nem todos os nanotubos de carbono são iguais. Jie Liu, PhD, George Barth Geller Professor de Química da Duke University e autor sênior do estudo, desenvolveram nanotubos de carbono específicos que são extraordinariamente puros. Denominado nanotubos de carbono de poucas paredes, eles têm propriedades superiores às suas contrapartes disponíveis no mercado.

Os pesquisadores da Duke inicialmente decidiram avaliar se os nanotubos de carbono tinham efeitos tóxicos ou adversos em tecidos vivos. Estudando neurônios cultivados de roedores, representando um "córtex cerebral em um prato, "eles descobriram o oposto. Expor as células a nanotubos de carbono parecia ter um efeito nutritivo sobre os neurônios, tornando-os maiores e mais fortes.

"Estudos anteriores analisaram o comportamento dos nanotubos de carbono nos neurônios. No entanto, a impureza nos nanotubos afetou significativamente os resultados. Depois de desenvolvermos nanotubos de carbono puros com poucas paredes em nosso laboratório, descobrimos que os nanotubos realmente aceleraram o crescimento das células neuronais significativamente, "disse Liu.

Os circuitos neurais podem ser corrompidos por cloreto elevado nos neurônios. Uma série de doenças envolvem tais danos ao circuito neural, incluindo dor crônica, epilepsia, e lesão cerebral traumática.

Os baixos níveis de cloreto nos neurônios são mantidos por uma proteína transportadora de cloreto chamada KCC2, que funciona batendo íons de cloreto para fora da célula. Em neurônios maduros, não há backup para esta função.

Os neurônios imaturos cultivados no laboratório de Liedtke tinham altos níveis de cloreto, mas à medida que as células amadureciam, seus níveis de cloreto caíram com o aumento de KCC2. Quando os neurônios foram expostos a nanotubos de carbono, as células amadureceram muito mais rápido, e os níveis de cloreto caíram mais rapidamente. Os pesquisadores descobriram que as células mais jovens expostas a nanotubos de carbono produziram mais proteína KCC2.

"Os nanotubos de carbono aumentaram a regulação do cloreto nos neurônios para níveis normais. Essas mudanças são de enorme significado para a célula, "Liedtke disse.

O aumento da proteína KCC2 também foi relacionado a um aumento do cálcio nos neurônios. Os níveis aumentados de cálcio ativaram uma proteína encontrada no cérebro chamada CaMKII, que sinaliza a um neurônio para produzir mais KCC2.

Resultados semelhantes foram observados em cérebros de camundongos, à medida que os nanotubos de carbono provocaram um aumento na atividade do gene KCC2, sugerindo que os nanotubos de carbono de poucas paredes influenciam a regulação gênica de KCC2.

Essas descobertas podem levar ao desenvolvimento de uma nova geração de dispositivos de engenharia neural usando nanotubos de carbono. Os dispositivos existentes que modulam a função das células nervosas usam sistemas elétricos que datam de várias décadas.

"Esperamos que os nanotubos de carbono funcionem tão bem em nervos lesados ​​quanto funcionaram em nosso estudo de neurônios em desenvolvimento, "Liedtke continuou." O uso de nanotubos de carbono está apenas na infância, e estamos entusiasmados por fazer parte de um campo em desenvolvimento com tanto potencial. "