A área da biotecnologia chamada de optogenética pode ser aplicada no tratamento de deficiências visuais, no monitoramento da glicose no sangue e em muitas outras áreas.
Optogenética é uma área revolucionária da neurociência que tem desenvolvido tecnologias que alteram tipos específicos de células para serem sensíveis à luz. Basicamente, utiliza-se técnicas de engenharia genética para produzir proteínas sensíveis à luz. Dessa forma, os cientistas conseguem ativar as células usando pulsos de luz enviados ao cérebro via cabos de fibra óptica. A técnica permite o estudo de circuitos neuronais e de comportamento em animais. Mas algumas aplicações vão além do estudo do cérebro e se integram às aplicações médicas humanas.
Uma possibilidade que a optogenética oferece é uma uma abordagem flexível para tratar e possivelmente curar deficiências visuais. As células fotorreceptoras da retina possuem proteínas sensíveis à luz, chamadas opsinas, que convertem a luz que entra no olho em sinais elétricos. Se essas células falharem (uma causa comum de perda de visão), os pesquisadores podem usar vírus como vetores para entregar genes produtores de opsina às células-alvo – seja para restaurar a sensibilidade à luz para fotorreceptores ou para tornar outros tipos de células na retina sensíveis à luz. Assim, esse processo pode potencialmente tratar a cegueira com diversas causas e níveis diferentes de degeneração retinal.
Este tipo de tratamento já foi testado em laboratório e vários testes clínicos desses sistemas em humanos já estão em andamento. Alguns sistemas às vezes usam câmeras e óculos especiais capazes de projetar luz com comprimentos de onda de intensidades otimizadas para a proteína opsina que está sendo usada, mas os cientistas também estão testando opsinas que respondem à luz direta.
Outra aplicação importante envolve o controle de genes e proteínas que regulam a quantidade de glicose no sangue. Uma equipe liderada pelo bioengenheiro Martin Fussenegger, da universidade ETH Zürich, está manipulando optogeneticamente a expressão de um gene para regular os níveis de glicose no sangue em ratos diabéticos. Em um estudo de 2011 publicado na revista Science, a equipe projetou células para responder à luz azul, produzindo uma proteína conhecida por regular a glicose no sangue. Segundo Fussenegger, controlar os genes dessa forma foi um passo dramático. “Era uma ligação direta entre a luz e a expressão do gene”, explicou ele. Nos resultados, os experimentos do grupo mostraram níveis aumentados de insulina e, consequentemente, sensibilidade reduzida à glicose em camundongos que foram implantados com células modificadas que, em seguida, foram tratados com luz. Já em 2017, Fussenegger e seus colegas reportaram também na revista Science o implante de LEDs sem fio juntamente com as células modificadas, para criar um sistema semi-automático controlado por smartphone. Desde então, eles continuaram refinando a técnica.
As técnicas desenvolvidas na optogenética também já são aplicadas na área de microbiologia, mais especificamente no estudo do microbioma intestinal dos organismos. O microbioma intestinal é um sistema imensamente complexo e inclui trilhões de micróbios individuais e a maioria das suas funções ainda não são compreendidas. A geneticista Meng Wang da faculdade Baylor College de Medicina e seus colegas descreveram recentemente na revista eLife como eles usaram a optogenética para literalmente lançar luz sobre a ligação entre os micróbios intestinais e a saúde.
Os pesquisadores modificaram a bactéria Escherichia coli para ligar e desligar a produção de ácido colânico usando luz verde e vermelha, respectivamente. O grupo de Wang mostrou anteriormente que o ácido protege as células contra o estresse, promovendo a longevidade – pelo menos em vermes. Nos novos experimentos, os vermes com as bactérias alteradas viveram mais quando foram expostos à luz verde. No entanto, as aplicações terapêuticas ainda estão muito distantes. “O principal gargalo é a entrega de luz”, diz Wang. “Atualmente é mais uma ferramenta de pesquisa para colocar o microbioma sob um controle preciso”, conclui a pesquisadora com o objetivo de entender suas ligações com a saúde.
News: Jéssica Soares
Fontes e mais informações sobre o tema:
Matéria no site Scientific American, intitulada “Using Light to Control Cells Holds Promise across the Body”, publicada em maio de 2021.
https://www.scientificamerican.com/article/using-light-to-control-cells-holds-promise-across-the-body/
Artigo científico intitulado “A Synthetic Optogenetic Transcription Device Enhances Blood-Glucose Homeostasis in Mice”, publicado na revista Science em 2011 de autoria de Haifeng Ye, Marie Daoud-El Baba, Ren-Wang Peng e Martin Fussenegger.
https://science.sciencemag.org/content/332/6037/1565
Artigo científico intitulado “Smartphone-controlled optogenetically engineered cells enable semiautomatic glucose homeostasis in diabetic mice”, publicado na revista Science em 2017 de autoria de Jiawei Shao e colaboradores.
https://stm.sciencemag.org/content/9/387/eaal2298
(Editoração: André Pessoni)