Cérebro não é como mostram os livros? Descoberta desafia visão de 100 anos

Uma das representações mais tradicionais das células do cérebro pode estar incompleta. Em vez de tubos lisos e uniformes, como aparecem há décadas em livros didáticos, alguns axônios podem apresentar pequenas dilatações sucessivas, formando uma estrutura semelhante a um colar de pérolas.

A descoberta foi descrita por pesquisadores da Johns Hopkins Medicine em um estudo publicado na revista Nature Neuroscience. Os resultados indicam que essas estruturas não são apenas uma característica visual: elas podem influenciar a maneira como os sinais elétricos percorrem os neurônios.

Os pesquisadores chamaram essas pequenas dilatações de varicosidades não sinápticas. Diferentemente das estruturas associadas às sinapses, elas não funcionam como pontos de comunicação entre células.

O que os cientistas descobriram nos axônios?

Os axônios são extensões dos neurônios responsáveis por conduzir sinais elétricos para outras células. Tradicionalmente, são representados como estruturas relativamente lisas, com algumas protuberâncias ligadas às sinapses.

Ao analisar neurônios de camundongos com técnicas avançadas de microscopia, porém, os pesquisadores encontraram outro padrão. Pequenas dilatações apareciam repetidamente ao longo dessas extensões, dando a elas uma aparência semelhante à de um fio com pequenas pérolas.

Esse aspecto poderia ser confundido com um sinal de dano. Dilatações nos axônios já são observadas há muito tempo em neurônios em processo de degeneração e em doenças neurológicas, como a doença de Parkinson.

As formações identificadas no novo trabalho, no entanto, eram menores e estavam presentes em células mantidas sob condições destinadas a preservar sua configuração natural. Os achados sugerem, portanto, que esse “perolamento” em escala nanométrica pode fazer parte da anatomia normal de determinados axônios, e não representar necessariamente um sinal de deterioração.

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Técnica de congelamento revelou estrutura em escala nanométrica

Para preservar os neurônios antes da análise, a equipe utilizou microscopia eletrônica com congelamento de alta pressão. Métodos tradicionais exigem etapas como fixação química e desidratação, que podem modificar estruturas celulares muito delicadas.

A técnica permitiu manter os axônios em um estado mais próximo de sua forma original. Os pesquisadores examinaram células cultivadas em laboratório, além de neurônios de camundongos adultos e embrionários.

Em dezenas de milhares de imagens, o padrão semelhante a um colar apareceu repetidamente. Registros de alta resolução de células vivas também mostraram as dilatações, reforçando que elas não surgiram apenas durante a preparação das amostras.

Formato pode alterar velocidade dos sinais no cérebro

Depois de identificar o padrão, os cientistas investigaram se a forma dessas extensões poderia interferir em seu funcionamento. Modelos matemáticos indicaram que as propriedades físicas da membrana celular podem ser responsáveis pelo formato irregular dos axônios.

Os cientistas testaram essa hipótese modificando fatores capazes de alterar a membrana. A retirada de colesterol, por exemplo, tornou a estrutura mais fluida, modificou o formato das dilatações e reduziu a velocidade da transmissão dos sinais elétricos.

Os resultados indicam que tanto o tamanho das regiões mais largas quanto o dos trechos estreitos entre elas podem interferir no deslocamento dos íons envolvidos na condução elétrica.

A atividade dos neurônios também alterou a estrutura. Depois de uma estimulação elétrica de alta frequência, as regiões semelhantes a pérolas ficaram, em média, 8% mais longas e 17% mais largas.

As mudanças permaneceram por pelo menos 30 minutos. A velocidade dos sinais elétricos também diminuiu após a estimulação, com efeito observado durante pelo menos uma hora.

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Estrutura também foi encontrada no cérebro humano

As observações iniciais foram realizadas principalmente em neurônios de camundongos. Posteriormente, outro estudo encontrou estruturas semelhantes em tecido cortical humano obtido durante cirurgias para tratamento de epilepsia.

As novas observações ampliaram as evidências de que esse formato também ocorre no cérebro humano. No entanto, os estudos não demonstram que todos os axônios tenham essa configuração nem que a estrutura produza os mesmos efeitos em todas as regiões cerebrais.

Os pesquisadores agora querem entender melhor como esse padrão presente em neurônios funcionais se diferencia das deformações observadas em células danificadas por doenças neurodegenerativas.