Como o espaço extracelular orienta as mensagens químicas entre neurónios

Evidência recente indica que os espaços aparentemente vazios do cérebro ajudam a encaminhar as mensagens químicas entre neurónios.

Essas microfendas, antes vistas como simples intervalo, são agora entendidas como participantes activas na comunicação: podem manter os sinais bem delimitados ou, pelo contrário, favorecer a sua dispersão.

Espaços irregulares orientam os sinais

Em tecido cerebral de rato mantido vivo, as estreitas fendas cheias de fluido à volta das células não formaram corredores uniformes. Em vez disso, criaram trajectos desiguais, com estrangulamentos, curvas e aberturas.

Ao mapear esses percursos, o Dr. Jan Tønnesen, do Instituto Biofisika, mostrou de que forma as mensagens químicas eram encaminhadas.

Em algumas ligações, esses espaços ajudavam a remover rapidamente o mensageiro químico; noutras, permitiam que o mensageiro se espalhasse ao longo das superfícies das células vizinhas.

Esta separação ajuda a explicar porque a comunicação no cérebro exige mais do que apenas células que enviam e recebem sinais - e mais do que a própria composição química entre elas.

Mensagens químicas em movimento

Quando os neurónios comunicam, normalmente não entram em contacto directo: libertam neurotransmissores, moléculas químicas que transportam o sinal através de fendas minúsculas.

Depois de libertada, cada molécula tem de se deslocar pelo espaço extracelular - a zona cheia de fluido que envolve as células do cérebro - até encontrar um receptor.

Nos cérebros de mamíferos adultos, este espaço corresponde, em média, a cerca de 20% do volume total do cérebro, pelo que a sua organização física não pode ser ignorada.

Quando essas fendas estreitam, se curvam ou se alargam, as mensagens químicas podem chegar mais depressa, mais devagar ou seguir uma direcção diferente.

O movimento depende da geometria

Em vez de se espalharem de modo uniforme, as moléculas observadas no estudo seguiram percursos moldados pelas superfícies celulares próximas e por curvaturas apertadas.

Simulações em computador revelaram difusão anisotrópica - um tipo de movimento que favorece determinadas direcções - sobretudo nas imediações de cada ponto de libertação.

Ao longo de prolongamentos celulares maiores, os sinais tenderam a avançar no mesmo sentido do prolongamento, em vez de se dispersarem ao acaso no tecido denso.

Esse efeito de “orientação” foi diminuindo com a distância, sugerindo que métodos anteriores, ao fazerem médias em escalas maiores, podem ter falhado as alterações mais subtis dos sinais.

Sinais excitatórios mantêm-se precisos

Os sinais que activam circuitos cerebrais recorrem muitas vezes ao glutamato, o principal mensageiro excitatório do cérebro, que aproxima o neurónio receptor do disparo.

Os contactos mais excitatórios localizam-se em espinhas dendríticas, pequenas saliências nos ramos dos neurónios que ajudam a isolar alterações locais.

No novo modelo, um ambiente com geometria semelhante à de uma espinha limpou o glutamato mais depressa do que o previsto por uma versão “suavizada” do tecido.

Uma espinha vizinha recebeu mais de 100 vezes menos sinal parasita, o que reduziu ruído e ligações químicas desfocadas.

Sinais inibitórios espalham-se mais

Os sinais de travagem dependem do GABA, o principal mensageiro inibitório do cérebro, que reduz a probabilidade de os neurónios dispararem com demasiada facilidade.

Ao contrário de muitos contactos de glutamato, os contactos GABAérgicos surgem frequentemente planos sobre o corpo celular ou sobre os ramos principais.

Libertações repetidas permitiram ao GABA espalhar-se lateralmente ao longo dessas superfícies, criando um sinal de fundo suave em torno de receptores próximos.

Esse efeito de fundo é conhecido como inibição tónica, ou seja, uma travagem contínua causada pela permanência do GABA. Isto pode influenciar a facilidade com que os circuitos entram em sobre-excitação.

Mapear sinais ao pormenor

Os investigadores combinaram microscopia de super-resolução - uma técnica que distingue detalhes mais finos do que microscópios convencionais - com simulações computacionais.

Essa abordagem separou os contornos das células do fluido envolvente, expondo microcanais que a imagem em tecido vivo, por si só, não consegue resolver.

O modelo DifFlux, um software que simula a difusão a partir dessas imagens, tratou cada píxel como parte de um mapa de trajectos no tecido.

Como o modelo dá prioridade à forma, tornou-se possível comparar, em pé de igualdade, tecido real e irregular com tecido artificialmente mais liso.

Limitações do estudo

Apesar de robustos, os resultados foram obtidos com fatias de cérebro de rato e modelos computacionais, e não a partir de registos directos no interior de pessoas vivas.

O modelo considerou o espaço sobretudo como estrutura, pelo que não incorporou totalmente a adesividade, a captação molecular ou a viscosidade do fluido.

Alguma desfocagem nas imagens e variações de luminosidade de fundo podem introduzir ruído, ainda que os autores defendam que esses erros não deveriam favorecer uma conclusão específica.

Estas limitações indicam que os dados não são aplicáveis a todas as regiões cerebrais, doenças ou momentos de sinalização.

A doença remodela o fluxo dos sinais

Envelhecimento, lesão, inflamação e perturbações neurodegenerativas são classificados como doenças do cérebro que danificam células nervosas.

Estas condições podem alterar as fendas em torno das células cerebrais e, com isso, modificar o movimento químico.

Quando esses espaços incham, encolhem ou se preenchem com material mais aderente, os sinais podem deslocar-se com velocidade e alcance diferentes.

Tais alterações podem afectar a aprendizagem, o risco de convulsões ou a recuperação após danos, porque os circuitos do cérebro dependem de um equilíbrio fino de tempos.

Por agora, o estudo fornece uma forma de colocar perguntas mais precisas - não um instrumento de diagnóstico nem um tratamento.

O espaço passa a integrar o sistema

A neurociência explica muitas vezes a comunicação ao centrar-se em células emissoras, células receptoras e nas moléculas entre ambas.

Este trabalho clarifica que o espaço envolvente é também um ponto de controlo, capaz de ajustar a força do sinal sem alterar nenhuma das duas células.

“Os resultados mostram que o espaço entre neurónios não é apenas uma fenda, mas uma parte activa do sistema”, disse Tønnesen.

Esta perspectiva empurra a investigação do cérebro para ambientes locais completos, onde células e meio envolvente partilham o trabalho da comunicação.

O espaço vazio como actor activo

Os espaços em torno dos neurónios parecem agora menos “espaço que sobra” e mais pequenos controlos de tempo, foco e equilíbrio.

Experiências futuras poderão testar como esses controlos mudam durante o desenvolvimento, o envelhecimento e a doença, mantendo em vista as barreiras mais pequenas e as limitações inerentes.