Chips implantáveis medem e ajustam níveis de dopamina em cérebros de ratos

Pesquisadores criaram um chip implantável que detecta e ajusta os níveis de dopamina em cérebros de ratos, rastreando o neurotransmissor em vez de medir os sinais elétricos, como a maioria dos implantes cerebrais. Quando os níveis caem abaixo de um ponto pré-definido, o dispositivo envia automaticamente um impulso elétrico para estimular os neurônios a liberar mais.

Pedram Mohseni, engenheiro elétrico na Case Western Reserve University que liderou o projeto, compara-o ao termostato de uma casa. “O termostato monitora a temperatura da casa liga ou desliga seu funcionamento para regula-la”, diz. “Nosso dispositivo
funciona da mesma maneira.”

Ele espera que o dispositivo possa um dia ajudar pacientes com transtornos relacionados a níveis distorcidos de neurotransmissores. No momento, sua equipe mostrou que pode conseguir gravar e ajustar os níveis de dopamina no cérebro do rato.

Em uma pessoa saudável, os neurotransmissores são mensageiros de confiança que enviam sinais por meio do cérebro. Porém, possuir muitos ou poucos deles pode causar problemas. É nessa lógica que médicos receitam Prozac para aumentar a serotonina e Ritalina para aumentar a dopamina.

No entanto, medicamentos continuam a ser uma solução imperfeita. Pacientes devem se lembrar regularmente de tomá-los, e os comprimidos são um “tamanho único” para distúrbios que muitas vezes variam grandemente entre pacientes.

Para uma abordagem mais direta, Mohseni e seus colaboradores da Universidade Estadual de Illinois inventaram um implante cerebral que usa um eletrodo de fibra de carbono para medir o pH e o fluxo de dopamina. Uma unidade de processamento de sinal digital analisa essa informação a partir de um algoritmo desenvolvido para calcular as mudanças nos níveis de dopamina.

Se os níveis descem abaixo de um certo ponto, o dispositivo envia um sinal eléctrico para estimular a produção. O dispositivo está programado para a dopamina, mas Mohseni afirma que seu algoritmo pode ser reescrito para controlar e ajustar outros neurotransmissores.

Harbaljit Sohal, pesquisador pós-doutorado em neurobiologia sintética no MIT, diz que esta é “uma abordagem muito útil”. Outros métodos de estimulação cerebral têm usado impulsos elétricos para detectar alterações neurológicas, mas o eletrodo desse chip traduz diretamente sinais químicos, como o pH em uma leitura precisa da produção do neurotransmissor. Muitos dos métodos anteriores a esse também exigiam ajustes manuais para elevar ou diminuir os níveis dos neurotransmissores, enquanto o novo dispositivo pode ajusta-los automaticamente.

Entretanto, Sohal acredita que será um desafio encontrar uma maneira de fornecer energia ao dispositivo e superar a interferência causada pela tendência do corpo humano a reagir a implantes.

Dr. Brian Kopell, diretor do centro de neuromodulação em Mt. Sinai Hospital, em Nova York, diz que demonstrar uma abordagem de ciclo fechado bem-sucedida em um implante cerebral é uma conquista, sem dúvida, mas ainda não é claro se os sinais químicos que detectam serão realmente mais eficientes do que os elétricos. “É um estudo bacana”, afirma. “Mas ainda me mantenho cético.”

Por enquanto, o sonho de Mohseni de ver seu dispositivo usado com medicação para tratar pacientes permanece longe no futuro. O grupo publicou recentemente uma prova de conceito na qual o dispositivo implantado num único rato ao IEEE Transactions on Biomedical Circuits and Sistems. O próximo passo será testá-lo em muitos outros animais, incluindo primatas. Testes em humanos não podem não acontecer por anos.

Craig Berridge, neurobiólogo da Universidade de Wisconsin-Madison, salienta que esse método mede apenas a dopamina em tempo real, de modo que não iria ajudar cientistas a monitorar transtornos ligados a níveis elevados ou baixos de dopamina durante um longo período de tempo. “Provavelmente vai ser mais útil em estudos com animais, onde nós estamos tentando compreender o papel da dopamina em vários processos neurais”, relata.

Se de fato ocorrerem testes em humanos, o dispositivo também só será útil para doenças que os médicos podem definir claramente níveis “saudáveis” versus níveis “não saudáveis” de dopamina ou de outros neurotransmissores. Embora pesquisadores estejam chegando mais perto de descrever essa “janela terapêutica”, como Mohseni chama, para a doença de Parkinson, sua compreensão não é tão avançada para outros distúrbios. Os vícios, por exemplo, são muito mais difíceis de definir desta maneira.

A doutora Michele Tagliati, neurologista do Cedars-Sinai Medical Center, acrescenta que doenças degenerativas, como a doença de Parkinson podem não serem passives deste tratamento porque o chip depende de sua capacidade de estimular os neurônios saudáveis ??para a liberação de dopamina.