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O ritmo oculto que pode confundir estudos com camundongos
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O ritmo oculto que pode confundir estudos com camundongos
por Nature Research e Tecniplast
A atividade e a fisiologia dos camundongos variam ao longo do dia, mas os pesquisadores aprenderam a controlá-las. Agora, uma oscilação sazonal pode dificultar a reprodução dos experimentos com camundongos.
A vida tem seus ritmos, e isso vale tanto para camundongos de laboratório quanto para humanos. Os camundongos tendem a dormir o dia todo e se alimentar, correr, acasalar e explorar à noite. A hora do dia pode afetar comportamentos de camundongos frequentemente estudados, como correr e alimentar-se, e pode até afetar a forma como os compostos medicamentosos são absorvidos ou como os compostos interagem com os receptores alvo. Por estas razões, um estudo em camundongos realizado pela manhã pode gerar resultados diferentes de um realizado à tarde.
Brun Ulfhake, neurocientista do Instituto Karolinska em Estocolmo, sabia que os ritmos circadianos, que estão sintonizados no ciclo dia/noite de 24 horas, poderiam causar tal variabilidade. Desta forma, regulam uma série de funções biológicas, incluindo sono, metabolismo, liberação de hormônios e digestão.
Recentemente, a equipe de Ulfhake identificou um ritmo biológico oculto em camundongos de laboratório que oscila ao longo de meses em vez de horas, e parece tornar os camundongos muito mais ativos do que o habitual. “Essas variações foram totalmente inesperadas”, diz Ulfhake. E o novo ritmo pode afetar a reprodutibilidade dos experimentos com camundongos em todos os lugares.
Buscando reprodutibilidade
Os ritmos circadianos originam-se de sinais no hipotálamo e atuam em circuitos expressos por quase todas as células do corpo. À medida que os investigadores aprenderam mais sobre estes ritmos, procuraram controlar a variabilidade circadiana. Os pesquisadores de medicamentos consideram agora os ritmos circadianos e as suas influências na eficácia do tratamento e nos efeitos secundários quando desenvolvem regimes de dosagem, diz Marcello Raspa, farmacologista do Conselho Nacional de Investigação Italiano, em Roma. Outros pesquisadores fazem medições no mesmo horário do dia e garantem que os colaboradores mantenham seus animais nos mesmos horários claro-escuro, diz Ryan Logan, neurocientista da Universidade de Boston.
Ulfhake elevou ainda mais essa busca pela reprodutibilidade ao monitorar os níveis de atividade em 64 animais, dia e noite, durante 19 meses. Sua equipe alojou os animais em um sistema de monitoramento desenvolvido pela Tecniplast, fabricante italiana de equipamentos para animais de laboratório. Equipada com 12 eletrodos montados no chão, a Digital Ventilated Cage (DVC®), coleta dados de movimento várias vezes por segundo. Dessa forma, gera um marcador digital de atividade em tempo real e revela padrões incomuns que de outra forma seriam indetectáveis, segundo Guido Gottardo, gerente de produtos digitais da Tecniplast.
Durante esses 19 meses, o ambiente dos animais permaneceu o mesmo – os ciclos de luz, a temperatura e as rotinas de alimentação permaneceram constantes. No entanto, os seus níveis de actividade aumentariam, estagnariam e, de repente, cairiam. Durante estes episódios cíclicos, que duraram de dois a quatro meses de cada vez, os camundongos foram dois terços mais ativos do que os seus valores basais correspondentes. “Essa é uma magnitude que pode afetar as leituras fisiológicas”, diz Ulfhake.
“Claramente, há aqui um padrão persistente que veio de algum lugar”, diz Benjamin Smarr, neurobiólogo da Universidade da Califórnia, em San Diego, especializado em ritmos biológicos e que não esteve envolvido no estudo. Os ritmos biológicos são preocupantes para a investigação em animais de laboratório, uma vez que geram uma variabilidade experimental significativa, diz Smarr. A expressão genética, por exemplo, varia em diferentes pontos de um ciclo rítmico. “Então você está perguntando quanto do efeito que você observa se deve à sua intervenção ou aos efeitos de um ritmo biológico do qual você talvez não esteja ciente.”
Os camundongos C57BL/6 usados no estudo experimentaram um ritmo infradiano, embora não conseguissem produzir melatonina (mostrado), o que um estudo anterior sugeriu ser necessário. Os pesquisadores dizem que isso pode apontar para um mecanismo biológico desconhecido.
Sincronização sazonal
Os ritmos biológicos com mais de 24 horas são tecnicamente chamados de ritmos infradianos e podem variar de dias a anos. Certas espécies de aves mudam na mesma época todos os anos, mesmo em condições experimentais controladas, durante as quais são expostas aos mesmos intervalos diários de luz e escuridão. Os ursos hibernam em um ciclo infradiano. O ciclo menstrual humano é infradiano.
Ulfhake suspeita que sua equipe detectou um ritmo infradiano sazonal em camundongos de laboratório. No entanto, ele reconhece que esta conclusão é controversa. Normalmente, os animais com relógios sazonais endógenos também são expostos a sinais ambientais, como a duração do dia, que empurram seus relógios para frente ou para trás para sincronizá-los com mudanças externas, mas os camundongos de laboratório são alojados em ambientes fechados e não recebem esses sinais.
Além do mais, os camundongos C57BL/6 estudados por Ulfhake são deficientes em melatonina, um hormônio com papel fundamental nos ritmos sazonais. Durante um estudo recente, pesquisadores alemães compararam variações sazonais em camundongos C57B1 com camundongos de laboratório C3H que não são deficientes em melatonina. Os camundongos foram alojados em gaiolas ao ar livre durante um ano e monitorados com detectores que coletavam dados em intervalos de dez minutos. Mas apenas os camundongos C3H mostraram diferenças sazonais claras nos padrões de atividade, o que sugere que a melatonina é o que permite aos camundongos responder aos estímulos ambientais.
No entanto, Ulfhake e os seus coautores acreditam que o ritmo que detectaram é endógeno. Em seu estudo, eles usaram dados de monitoramento das gaiolas automatizadas para gerar mapas de calor da atividade dos camundongos. Estes revelaram que os camundongos em diferentes gaiolas apresentaram atividade elevada que começou em momentos diferentes e variou em duração. Para Ulfhake e seus coautores, isso sugere que o ritmo foi gerado por algum tipo de relógio interno, em vez de um sinal externo, o que teria produzido uma resposta sincronizada.
A investigação continua
Após anos de pesquisa, os biólogos entendem muito sobre os ritmos circadianos. Mas os ritmos sazonais são comparativamente mais misteriosos e as formas de controlá-los não são óbvias. “Estamos investigando osciladores e padrões temporais na fisiologia e no comportamento que estão fora dos limites da regulação circadiana”, diz Logan. “Mas é muito difícil isolar e discernir quais são esses mecanismos.”
Os cientistas que estudam fenômenos sazonais geralmente os atribuem à sinalização da tireoide e à regulação da melatonina, diz Logan. Mas como os camundongos C57BL/6 estudados por Ulfhake produzem muito pouca melatonina circulante, tem que ser outra coisa. “Pode ter origem na tireoide, ou talvez em algum outro mecanismo de sinalização sazonal que ainda não foi descoberto”, argumenta Logan. Ulfhake, por sua vez, especula que um oscilador endógeno localizado no sistema nervoso controla o ritmo.
Ulfhake reconhece que os resultados, publicados na Scientific Reports , encontraram alguma resistência, o que ele diz ser esperado dadas as controvérsias sobre os ritmos sazonais em roedores de laboratório. Mas o ônus da prova agora recai sobre aqueles que negam a existência do ritmo, que devem apresentar uma explicação alternativa para as gravações imparciais em DVC, diz ele.
Enquanto isso, Ulfhake está investigando mais a fundo. “Ainda temos muito trabalho a fazer para validar os nossos resultados e estender as nossas observações a outras espécies de camundongos”, diz ele. “E o mais importante, temos que encontrar o oscilador.”
Fonte: https://www.nature.com/articles/d42473-021-00213-4
Referências:
Pernold K., Rullman E. & Ulfhake B. Sci Rep . 11 (1):4961 (2021)
Metzger J. et al. J. Biol. Ritmos 35 (1): 58–71 (2020)
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