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Distribuição da velocidade dos glóbulos vermelhos medida e mapeada através do novo método desenvolvido pela equipe Skoltech-SSU. Cada ponta de seta corresponde a uma célula, com a velocidade codificada por cores de azul (lento), passando por verde (moderado) e vermelho (rápido). Crédito: Maxim Kurochkin/Skoltech
Pesquisadores do Instituto Skolkovo de Ciência e Tecnologia e da Universidade Estadual de Saratov criaram um método barato para visualizar o fluxo sanguíneo no cérebro. A nova técnica é tão precisa que discerne os movimentos de glóbulos vermelhos individuais – tudo sem o uso de agentes corantes tóxicos ou engenharia genética dispendiosa. O estudo foi publicado em O Jornal Físico Europeu Plus.
Para entender mais sobre como funciona o suprimento de sangue ao cérebro, os pesquisadores mapeiam suas redes de vasos sanguíneos. As visualizações resultantes podem contar com uma variedade de métodos. Uma técnica altamente precisa envolve a injeção de corantes fluorescentes no fluxo sanguíneo e a detecção da luz infravermelha que eles emitem. O problema com os corantes é que eles são tóxicos e também podem distorcer os resultados do mapeamento, afetando os vasos. Alternativamente, os investigadores empregam animais geneticamente modificados, cujo revestimento interior dos vasos sanguíneos é concebido para emitir luz sem o envolvimento de substâncias estranhas. Ambos os métodos são muito caros.
Pesquisadores da Skoltech e da Saratov State University desenvolveram um método barato para visualizar até mesmo os menores capilares do cérebro. O método – que integra microscopia óptica e processamento de imagem – não contém corantes e é muito refinado, devido à sua capacidade de detectar cada glóbulo vermelho que viaja ao longo de um vaso sanguíneo. Como o número de hemácias nos capilares não é tão alto, cada célula conta, portanto esta é uma vantagem importante sobre outros métodos, incluindo os sem corantes.
Um mapa reconstruído da rede de vasos sanguíneos em um embrião de galinha obtido por filtragem adaptativa de limiar quadro a quadro de uma série de imagens de glóbulos vermelhos em movimento. Crédito: Maxim Kurochkin/Skoltech
“Nosso método usa o que é conhecido como filtragem quadro a quadro para processar imagens cerebrais obtidas com um microscópio óptico comum disponível em qualquer laboratório. Ele nos permite discernir glóbulos vermelhos em movimento único e construir um mapa altamente detalhado da vasculatura (rede de vasos sanguíneos), até os menores capilares. Isto, por sua vez, torna possível avaliar com precisão as taxas de fluxo sanguíneo nos vasos através de uma técnica chamada velocimetria de imagem de partículas”, comenta o principal autor do estudo, o cientista pesquisador da Skoltech, Maxim Kurochkin.
A equipe mostrou a aplicabilidade do método utilizando dois modelos biológicos: o cérebro do rato e o embrião de galinha. Primeiro, os investigadores utilizaram as redes vasculares do embrião de galinha para demonstrar a possibilidade de mapear até os mais ínfimos capilares, nos quais os movimentos dos glóbulos vermelhos podem ser inconstantes. Depois disso, eles testaram o método em um modelo mais complexo: a vasculatura cerebral de ratos. A técnica provou ser capaz de mapear redes de vasos sanguíneos mesmo para um sistema com vasos que são mais difíceis de alcançar, sem eritrócitos individuais discerníveis, apenas os padrões de cores associados a grupos de vasos.
Por que mapear o fluxo sanguíneo é importante?
As características fornecidas diretamente pelo método são a taxa de fluxo sanguíneo e o diâmetro do vaso. “Mas assim que tiver isso, você pode tentar extrair mais informações: elasticidade dos vasos, rigidez da membrana, pressão arterial e viscosidade”, explica Kurochkin. “Os fisiologistas, com base no nosso trabalho, podem usar esses parâmetros para criar modelos de circulação sanguínea, testáveis em relação a medições experimentais de sensores de pressão e viscosidade, por exemplo.”
Em última análise, tudo isto leva a uma melhor compreensão da fisiologia das células endoteliais, que revestem o interior de todos os vasos sanguíneos. E o estado do endotélio está ligado a praticamente todas as doenças cardiovasculares, que são a principal causa de morte a nível mundial. Na verdade, você está entendendo o que realmente constitui fisicamente qualquer patologia, seja no cérebro ou em qualquer outra parte do corpo.
Um acidente vascular cerebral hemorrágico, por exemplo, ocorre devido ao estreitamento e ruptura dos vasos sanguíneos no cérebro. Especificamente, quando um ponto fraco na parede de um vaso se transforma no que é conhecido como aneurisma. “Um modelo preciso de vasculatura poderia dizer o quanto o adelgaçamento da parede de um vaso causa sua ruptura”, diz Kurochkin.
A doença coronariana resulta de uma redução do fluxo sanguíneo devido à formação de placas de gordura nas paredes internas dos vasos arteriais, reduzindo seu diâmetro efetivo. Num ataque cardíaco, uma placa arrancada obstrui o vaso, interrompendo o suprimento de sangue. “Os modelos de vasculatura prevêem como a dilatação, constrição ou obstrução dos vasos redistribui o fluxo sanguíneo na rede”, acrescenta o pesquisador.
A saúde dos vasos sanguíneos também está indiretamente envolvida em doenças de natureza diferente. Por exemplo, o novo método de visualização poderia ser aplicado ao estudo de tumores, que consomem quantidades anormalmente elevadas de nutrientes e, portanto, tendem a desenvolver muitos vasos sanguíneos. Outro exemplo, entre as doenças infecciosas, é a malária, na qual a viscosidade do sangue aumenta. Além disso, mesmo as consequências de danos mecânicos – por exemplo, em punções médicas – poderiam ser estudadas dentro da mesma abordagem geral para ver como o tecido perfurado regenera os vasos sanguíneos.
“A compreensão do comportamento dos objetos que acabam na corrente sanguínea não se limita às placas ateroscleróticas rompidas que ocorrem naturalmente”, continua Kurochkin. “Na administração direcionada de medicamentos, microcápsulas artificiais com agentes terapêuticos podem ser introduzidas na corrente sanguínea, e os modelos de vasculatura são indispensáveis para prever exatamente o que acontece com eles ali.”
Referência: “Rumo à imagem sem rótulo da vasculatura cerebral: filtração adaptativa espacial quadro a quadro e abordagens PIV adaptativas” por Maxim A. Kurochkin, Ivan V. Fedosov e Dmitry E. Postnov, 5 de julho de 2021, O Jornal Físico Europeu Plus.
DOI: 10.1140/epjp/s13360-021-01700-9