Novo mapa do cérebro revela 539 regiões químicas antes desconhecidas

Cientistas identificaram 539 regiões químicas distintas no cérebro de camundongos ao mapear a distribuição de lipídios, moléculas de gordura essenciais para o funcionamento do sistema nervoso. O resultado revelou padrões de organização que não eram identificados pelos mapas tradicionais baseados na anatomia, nas células ou nos genes.

A pesquisa, conduzida por pesquisadores da Escola Politécnica Federal de Lausanne (EPFL), na Suíça, permitiu criar um atlas tridimensional que mostra como diferentes tipos dessas moléculas estão distribuídos pelo cérebro. Os resultados foram publicados em setembro na revista científica Nature.

Como cientistas mapearam o cérebro?

Os cientistas já conseguem mapear o cérebro a partir de características como células, genes e conexões entre neurônios. A distribuição dos lipídios, entretanto, era menos conhecida.

Isso ocorre porque técnicas convencionais de imagem têm dificuldade para diferenciar moléculas específicas dessas substâncias e determinar exatamente onde cada uma está localizada. Para superar essa limitação, os pesquisadores utilizaram uma técnica chamada espectrometria de massa por imagem.

O método utiliza um laser para analisar pequenas regiões de finas fatias do cérebro e identificar quais moléculas estão presentes em cada ponto. A equipe analisou 172 tipos de lipídios em 109 fatias cerebrais de 11 camundongos. O processo gerou aproximadamente 7 milhões de medições.

Ferramentas de aprendizado de máquina desenvolvidas para o projeto foram usadas para reunir as informações em uma reconstrução tridimensional.

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O que são as 539 regiões descobertas?

A análise revelou 539 territórios quimicamente distintos, chamados pelos pesquisadores de lipizonas. Cada região apresenta uma combinação característica de lipídios, formando uma espécie de assinatura química.

Muitas lipizonas coincidiram com estruturas cerebrais já conhecidas. Outras revelaram divisões que não eram evidentes em mapas construídos a partir da anatomia ou da atividade dos genes.

Os padrões foram tão específicos que, segundo a EPFL, os pesquisadores conseguiram identificar de qual região cerebral uma amostra de tecido havia sido retirada apenas pela composição dos lipídios. Também foram encontradas semelhanças químicas entre regiões fisicamente distantes, mas conectadas por fibras nervosas.

Segundo Giovanni D'Angelo, professor da EPFL e um dos responsáveis pela pesquisa, os lipídios funcionam como uma espécie de "código postal", atribuindo uma mesma assinatura química a partes distantes, mas relacionadas, do cérebro.

Substância branca surpreende cientistas

Uma das principais descobertas ocorreu na substância branca, tecido que contém fibras nervosas responsáveis pela conexão entre diferentes áreas cerebrais. Essa região era considerada relativamente uniforme do ponto de vista químico. O novo mapa mostrou, porém, diversas zonas com composições lipídicas distintas.

Os resultados indicam que as células responsáveis pela produção de mielina apresentam uma diversidade química maior do que aquela sugerida apenas pela análise dos genes.

Os pesquisadores também identificaram limites químicos até então desconhecidos no plexo coroide, estrutura responsável pela produção do líquido cefalorraquidiano, e nos tecidos que revestem as cavidades internas do cérebro.

Segundo os autores, os resultados mostram que a distribuição dos lipídios pode revelar formas de organização cerebral que não aparecem claramente em mapas anatômicos ou genéticos.

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Gravidez altera composição do cérebro

O atlas também foi utilizado para investigar mudanças na composição lipídica durante a gravidez. Ao analisar camundongos fêmeas  grávidas, os pesquisadores encontraram alterações em diversas regiões do cérebro.

Segundo o estudo, essas mudanças foram mais acentuadas do que as diferenças lipídicas normalmente observadas entre machos e fêmeas. Modificações importantes apareceram no córtex, camada externa do cérebro, e na substância branca.

Os pesquisadores também observaram aumento da galactosilceramida, um componente importante da mielina, em grande parte da substância branca. Os resultados sugerem que o cérebro modifica sua composição lipídica durante a gestação, possivelmente para acompanhar as demandas fisiológicas desse período.

O estudo, porém, foi realizado em animais e não demonstra que as mesmas alterações ocorram da mesma forma em humanos.

Descoberta pode ajudar a estudar Alzheimer

O Atlas de Lipídios Cerebrais estabelece uma referência detalhada da distribuição dessas moléculas em cérebros de camundongos utilizados como referência. A ferramenta poderá ser usada para investigar como essa organização se modifica durante o desenvolvimento, o envelhecimento e em modelos de doenças.

Alterações nos lipídios cerebrais são investigadas em condições como Alzheimer e depressão. O novo atlas não demonstra que as 539 regiões estejam diretamente envolvidas nessas doenças, mas oferece uma ferramenta para estudar possíveis relações. Os dados também poderão ser combinados com mapas genéticos e celulares para ampliar a compreensão sobre a organização do cérebro.

O atlas desenvolvido pela equipe não pode ser simplesmente transferido para humanos. Segundo os pesquisadores, o principal avanço para futuras investigações está no método utilizado para identificar essa organização química. A abordagem poderá ser empregada para investigar se padrões semelhantes também existem no cérebro humano.