Em testes de laboratório e computacionais, o Artepelin C e a Bacarina conseguiram proteger e regenerar neurônios

O termo “própolis” está relacionado à proteção e dá nome à substância produzida pela abelha para revestir e higienizar a colmeia, mas que também tem poder antibacteriano para o organismo humano. Esses atributos medicinais da própolis são antigos conhecidos da ciência, mas agora uma equipe de pesquisadores da Faculdade de Ciências Farmacêuticas de Ribeirão Preto (FCFRP) da USP encontrou uma nova dimensão medicinal envolvendo a própolis verde, que abrange doenças neurodegenerativas como Alzheimer e Parkinson.

A própolis verde é produzida a partir da resina coletada do alecrim-do-campo (Baccharis dracunculifolia – planta nativa do Brasil, presente no Cerrado e na Mata Atlântica) que as abelhas misturam à saliva e cera. Ao separar e analisar os compostos principais dessa própolis – o Artepelin C e a Bacarina -, os pesquisadores observaram a capacidade de induzir diferenciação neuronal (transformação de neurônios especializados em outras células do sistema nervoso), de aumentar a capacidade de conexão entre neurônios e de promover ações antiapoptóticas (diminuição da morte celular).

Os resultados foram obtidos em estudos in vitro (cultura de células) realizados durante a pesquisa para o doutorado do farmacêutico Gabriel Rocha Caldas, sob orientação do professor Jairo Kenupp Bastos da FCFRP. O pesquisador diz que os achados representam uma linha promissora, especialmente na prevenção e controle de doenças do sistema nervoso, “que pode ser explorada em trabalhos futuros, seja por mim ou por outros grupos de pesquisa interessados no potencial terapêutico da própolis verde”.

Para além de significativas informações para a saúde, Caldas acredita que a pesquisa investe na valorização de um recurso prioritariamente nacional, já que a própolis verde é uma exclusividade brasileira que pode gerar impactos científico, econômico e social.

Gabriel Rocha Caldas – Foto: Arquivo Pessoal

Os resultados integram a tese que conferiu o título de doutor a Caldas: Investigação do Potencial de Artepelin C e de Bacarina da Própolis Verde e Artepelin C Acetilado na Indução da Neuritogênese, apresentada à FCFRP no ano passado. Parte desses resultados também podem ser conferidos em artigo publicado na edição de novembro de 2023 da revista Chemistry & Biodiversity.

Função de compostos em ambiente neuronal

O Artepelin C e a Bacarina foram isolados a partir da própolis verde utilizando uma sequência de técnicas cromatográficas (métodos de separação). “O processo funciona como uma espécie de ‘peneiração química’: usamos solventes e diferentes métodos cromatográficos para ir separando a própolis em frações menores, até isolar cada molécula pura. É parecido com pegar uma caixa cheia de peças misturadas e ir separando uma por uma até restar só o que você precisa”, compara o pesquisador.

A partir do isolamento dos compostos, os pesquisadores utilizaram duas técnicas para compreender como o Artepelin C e a Bacarina funcionam dentro do organismo: a modelagem computacional e os experimentos com células PC12 – células de ratos usadas como modelo de estudo de neurônios.

Com a modelagem computacional, avaliaram as propriedades físico-químicas dos compostos, como solubilidade, permeabilidade e a capacidade de atravessar a barreira hematoencefálica (membrana seletiva que reveste vasos sanguíneos do cérebro e medula espinhal). “Isso ajuda a entender se, teoricamente, essas moléculas poderiam atingir o tecido nervoso em um organismo vivo. Já os experimentos com células PC12 mostraram, na prática, como os compostos atuam em células neuronais”, explica Caldas.

Para facilitar a entrada do Artepelin C no sistema nervoso, utilizaram o processo de acetilação, uma modificação química que tornou a molécula mais lipofílica – com mais afinidade por gorduras, óleos e solventes não polares (moléculas com carga elétrica homogênea). Esta abordagem foi escolhida com base nos estudos computacionais que confirmaram a maior facilidade do Artepelin C acetilado atravessar a barreira hematoencefálica.

Artepelin C, extraída da própolis verde (destaque), induziu diferenciação neuronal e aumentou conexão entre neurônios – Foto: Cedida pelo pesquisador

Regeneração de neurônios

Pelos experimentos com células PC12 foi possível identificar que, após o tratamento com os compostos da própolis verde, as células passaram a formar neuritos, pequenas projeções que futuramente se transformarão em axônios e dendritos (ramificações dos neurônios), indicando o início da diferenciação das células neuronais. “Essas estruturas são fundamentais porque é por meio delas que os neurônios enviam e recebem mensagens. Sem neuritos não existe comunicação entre células nervosas”, informa o pesquisador. 

Além disso, os testes também identificaram o aumento da presença das proteínas sinapsina I e GAP-43, importantes no processo de diferenciação, já que funcionam como marcadores de que o neurônio está crescendo, amadurecendo e formando novas conexões. Caldas explica que o aumento dessas proteínas representa a célula entrando em um estado favorável à regeneração, algo muito desejado em doenças neurodegenerativas.

Própolis verde, foto cedida pelo pesquisador sobre imagem de Alecrim do Campo, de João Medeiros/Flickr/Wikimedia/CC BY 2.0

Outro fator importante na proteção das células neurais observado no estudo foi o potencial antioxidante do Artepelin C e da Bacarina. Os compostos da própolis verde foram capazes de neutralizar moléculas reativas de oxigênio, excessivas em doenças neurodegenerativas. 

O pesquisador adianta que quadros de enfermidades ativam vias que levam à morte celular programada, ativação que foi reduzida pelos compostos da própolis verde por meio de seu efeito antiapoptótico e evitando, assim, a morte celular. Para Caldas, os estudos mostram o potencial do Artepelin C e da Bacarina na proteção de neurônios em situações de estresse, como ocorre nos estágios iniciais de doenças neurodegenerativas.

O artigo Brazilian Green Propolis’ Artepillin C and Its Acetylated Derivative Activate the NGF-Signaling Pathways and Induce Neurite Outgrowth in NGF-Deprived PC12 Cells está disponível on-line.

Mais informações: caldasrgabriel@gmail.com, com Gabriel Rocha Caldas

*Estagiária sob supervisão de Rita Stella

Segue entrevista da repórter Susana Oliveira com o pesquisador Gabriel Rocha Caldas, que foi ao ar no Jornal da USP no Ar – Edição Regional, no áudio a seguir:

Radio USP

Fonte: Jornal USP /Abelha operária (Apis mellifera) coletando resina de alecrim-do-campo (Baccharis dracunculifolia) que ao entrar em contato com enzimas de sua saliva torna-se própolis verde – Foto: Michel Stórquio Belmiro/Wikimedia Commons/CC BY-SA 3.0

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Texto: Felipe Faustino* – Segunda,8 de abril de 2024

Venenos e peçonhas podem parecer assustadores à primeira vista. Na natureza, os animais peçonhentos injetam toxinas capazes de alterar o metabolismo de outro animal e até matá-lo, mas também são considerados ferramentas valiosas para a ciência. É o que ocorre com a peçonha da espécie de vespa social típica do Cerrado, conhecida popularmente como marimbondo-estrela. Cientistas brasileiros descobriram na peçonha do inseto uma substância com potencial para tratar epilepsia e, ao mesmo tempo, proteger o cérebro: a occidentalina-1202. 

O estudo, realizado com experimentos em animais, foi conduzido pela pesquisadora Márcia Mortari nos laboratórios de biologia da Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras (FFCLRP) da USP, durante seu doutorado sob orientação do professor Wagner Ferreira dos Santos, do Departamento de Biologia da FFCLRP. Os resultados da pesquisa, publicados na Brain Communications, mostram o composto isolado da peçonha da vespa como eficaz no tratamento de modelos agudos e crônicos de epilepsia, sem efeitos colaterais no comportamento motor e cognitivo dos animais testados. Ao lado desses benefícios, observaram também atividade protetora sobre as células nervosas do cérebro. 

Segundo o professor Santos, a occidentalina-1202 consegue atravessar a barreira hematoencefálica (que protege o cérebro de substâncias nocivas presentes no sangue), chegar ao cérebro e bloquear a ação do cainato, uma toxina que atinge os neurônios e é utilizada experimentalmente para induzir crises epilépticas em animais, através dos receptores específicos para o glutamato (ou ácido glutâmico). O composto atua nesse sistema de receptores e protege o cérebro da “excitotoxicidade” que resulta na morte dos neurônios.

“É isso que ocorre na epilepsia, como em outras doenças agudas e crônicas do tecido nervoso”, afirma o professor ao informar que a occidentalina-1202(s) então é capaz de “bloquear a ligação do cainato nos seus receptores, inibindo a continuação desta cascata lesiva, causando a neuroproteção.” 

Dos testes com vespas sociais à occidentalina-1202

Tudo começa com a coleta das vespas fêmeas, que são cuidadosamente congeladas para preservar suas propriedades. Essa seleção não é fácil devido à violência dos insetos. “Para se fazer a coleta de vespas sociais temos que ter paciência e coragem; mesmo com roupa específica de coleta, sempre levei uma ou mais picadas desses insetos. Isso desestimula a continuar os trabalhos com esses himenópteros (grupo de insetos que inclui as vespas sociais)”, conta Santos.  

Após a captura, o veneno é então extraído e purificado. Técnicas de separação específicas dividem a substância em partes menores, buscando identificar as que possuem propriedades medicinais. Depois, “testamos novamente, e em seguida, purificamos completamente o composto capaz de ter o efeito antiepiléptico”, conta Márcia. 

Definido o peptídeo promissor, a equipe de cientistas desenvolvem um análogo, uma cópia modificada quimicamente que resulta então na occidentalina-1202(s), produto sintético que é mantido em solução específica (Ph entre 6,8 e 7,0) a 5ºC de temperatura por 72 horas para garantir sua estabilidade e pureza.

Em uma segunda fase, analisam os efeitos dos dois peptídeos (o natural e o sintético) em dois modelos de epilepsia aguda, induzidos por ácido caínico (o cainato) e pentilenotetrazol, substâncias que provocam convulsões.

A dose efetiva foi medida, tal como o índice terapêutico, os sinais elétricos do cérebro e a expressão de um gene chamado C-fos, que está relacionado à atividade neuronal.

Logo após, submetem a molécula sintética occidentalina-1202(s) a estudos mais específicos para avaliar sua eficácia na prevenção e controle de convulsões graves e prolongadas, além de obter informações detalhadas sobre os efeitos no tecido cerebral. 

Já na quarta fase, verificam os possíveis efeitos adversos após a administração crônica, em testes que medem a capacidade de equilíbrio, memória e aprendizagem dos animais. Por fim, propõem um mecanismo de ação com a occidentalina-1202(s), usando modelos computacionais com receptores de cainato, demonstrando como a substância pode ajudar a controlar a atividade elétrica excessiva no cérebro, potencialmente reduzindo as convulsões epilépticas.

Resumo gráfico

A pesquisadora Márcia Mortari acrescenta que, para garantir a segurança em uso a longo prazo, testes seguem em andamento estudando o funcionamento e controle de neurotransmissores, como o glutamato, responsável por transmitir mensagens que estimulam a atividade dos neurônios e que, em níveis excessivos, pode causar crises epilépticas. “Estamos realizando todos os testes necessários para determinar a segurança do uso desse composto, utilizando uma série de ensaios de toxicidade e de determinação de efeitos adversos.” 

Efeitos adversos menores

Caracterizada por convulsões causadas por descargas elétricas anormais no cérebro, a epilepsia atinge cerca de 50 milhões de pessoas ao redor do mundo (dados da Organização Mundial da Saúde, OMS) e o tratamento envolve a administração de fármacos antiepilépticos que, apesar de eficazes no controle das crises, podem provocar uma variedade de efeitos colaterais. Entre eles estão sedação, sonolência, tontura, problemas de memória e concentração, e até mesmo danos à medula óssea e ao fígado. 

Para a agora professora do Instituto de Ciências Biológicas da Universidade de Brasília (UnB) Márcia Mortari, a occidentalina-1202 deve se tornar o início de uma nova classe promissora de peptídeos, extraídos da peçonha de vespas, para o desenvolvimento de medicamentos que interagem com o sistema nervoso central. “São moléculas com grande atividade e seletividade, e, por isso, possuem efeitos adversos menores”, afirma. 

A falha dos atuais tratamentos da epilepsia está na possibilidade de “causar problemas neurobiológicos, cognitivos, psicossociais e reduzir a qualidade de vida do paciente”, acrescenta o professor Santos, lembrando que, em alguns casos, esses medicamentos se tornam ineficazes, o que é chamado de farmacorresistência.

Mesmo comemorando o achado, os cientistas afirmam que testes clínicos são necessários para confirmar se a occidentalina-1202 não oferece efeitos adversos. “Ainda estamos na fase de testes em animais, fase pré-clínica. Não obstante ele não tenha causado efeito motor e cognitivo ruins aos animais de experimentação”, conclui o professor. 

Por que utilizar venenos e peçonhas?

No caso da peçonha das vespas Polybia occidentalis, Márcia lembra que o efeito produzido pelas picadas na defesa e captura de presas sempre intrigou a comunidade científica. “Elas são capazes de usar a peçonha para paralisar suas presas, no caso outros pequenos invertebrados”, explica. Esse efeito, segundo a pesquisadora, gerou a hipótese de que a substância poderia agir no nosso cérebro, reduzindo a atividade excessiva que caracteriza as crises epilépticas.

Assim, o estudo desses compostos oferece “uma oportunidade de entendermos os mecanismos fisiológicos e bioquímicos que operam em diferentes organismos, inclusive em doenças, e assim desenvolver remédios”, afirma Santos, informando que existem inúmeros exemplos na ciência, como o captopril, um remédio para controle da pressão arterial que foi desenvolvido a partir de um peptídeo extraído da peçonha de uma serpente brasileira, a Bothrops jararaca. Outro exemplo, “o ziconotide, um analgésico para controle da dor causada por câncer e/ou AIDS, que não é usado no Brasil, mas foi desenvolvido a partir de um peptídeo de um caracol marinho das Filipinas”. 

A pesquisa, conduzida por Márcia Mortari e Wagner dos Santos na USP em Ribeirão Preto, foi produzida em colaboração com outros pesquisadores da FFCLRP e da Faculdade de Ciências Farmacêuticas de Ribeirão Preto (FCFRP) da USP, além da Universidade de Brasília (UnB) e da Universidade de Lorraine, França. Contou com financiamento do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), Fundação Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes) e Fundação de Apoio à Pesquisa do Distrito Federal (FAPDF). 

Mais informações: e-mail wagnerf@usp.br, com Wagner Ferreira dos Santos, ou mamortari@gmail.com, com Márcia Mortari

*Estagiário sob supervisão de Rita Stella

Fonte: Jornal USP / Pesquisa aponta composto de vespa capaz de bloquear ação de substâncias nocivas aos neurônios em casos de epilepsia – Fotomontagem: Jornal da USP – Imagens: juicy_fish/Freepik, rawpixel.com/Freepik e Megustanlasframbuesas/Wikimedia Commons/Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 International / Arte : Jornal da USP

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Por Guilherme Castro Sousa – Segunda, 5 de junho de 2023

Em artigo publicado na revista Nature Technology, pesquisadores da Universidade de Oxford, no Reino Unido, e da Universidade do Texas, nos Estados Unidos, desenvolvem dispositivos que impulsionam o avanço das inteligências artificiais. Na pesquisa, os cientistas apresentaram dispositivos físicos que permitem a coexistência simultânea de caminhos de feedback e feedforward, entrada e saída de informações em uma rede neural. Essa tecnologia pode representar um avanço significativo no desenvolvimento de inteligências artificiais, abrindo caminho para a construção de máquinas mais rápidas e eficientes.

O professor Fabio Cozman, da Escola Politécnica e diretor do Centro de Inteligência Artificial, ambos da USP, explica que os sistemas neurais das IAs são compostos de neurônios artificiais, unidades de processamento que realizam computações simples e geralmente são criadas em software.

Embora não tenha participado da pesquisa internacional, o professor esclarece que o artigo implementa um resistor chamado memristor, teorizado pela primeira vez em 1971, em uma rede neural em hardware. Esses dispositivos têm a capacidade de realizar simultaneamente a entrada e saída de informações, além de armazenar memória, o que justifica o nome memristor, uma combinação das palavras “memória” e “resistor”.

É importante ressaltar que, apesar de serem chamados de neurônios artificiais, esses dispositivos não podem ser diretamente comparados aos neurônios reais. Levando isso em consideração, Cozman destaca que essas tecnologias se inspiram em princípios biológicos, mas funcionam de maneira diferente de seus equivalentes vivos. Enquanto o cérebro opera com base em fenômenos químicos e elétricos, a computação está limitada apenas aos fenômenos elétricos, esclarece ele.

Ainda que o projeto esteja em fase experimental e precise passar por uma série de etapas antes de chegar ao mercado, a implementação de circuitos neurais em hardware utilizando memristors pode representar um avanço significativo no desenvolvimento das inteligências artificiais. Segundo o docente, isso resultaria em computadores muito mais rápidos na execução das redes neurais artificiais, tornando as IAs mais eficientes, acessíveis em termos de custo, com menor consumo de energia e mais fáceis de construir.

Fonte: Jornal USP

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