Jennifer Chu | MIT News
Não há dúvida de que o exercício faz bem ao corpo. A atividade regular não apenas fortalece os músculos, mas também pode fortalecer nossos ossos, vasos sanguíneos e sistema imunológico.
Agora, engenheiros do MIT descobriram que o exercício também pode ter benefícios no nível de neurônios individuais. Eles observaram que, quando os músculos se contraem durante o exercício, eles liberam um conjunto de sinais bioquímicos chamado mioquinas. Na presença desses sinais gerados pelos músculos, os neurônios cresceram quatro vezes mais do que os neurônios que não foram expostos às mioquinas. Esses experimentos em nível celular sugerem que o exercício pode ter um efeito bioquímico significativo no crescimento dos nervos.
Surpreendentemente, os pesquisadores também descobriram que os neurônios respondem não apenas aos sinais bioquímicos do exercício, mas também aos seus impactos físicos. A equipe observou que, quando os neurônios são repetidamente puxados para frente e para trás, de maneira semelhante à contração e expansão dos músculos durante o exercício, eles crescem tanto quanto quando expostos às mioquinas dos músculos.
Embora estudos anteriores tenham indicado uma possível ligação bioquímica entre a atividade muscular e o crescimento dos nervos, os pesquisadores afirmam que este estudo é o primeiro a mostrar que os efeitos físicos podem ser igualmente importantes. Os resultados, publicados na revista Advanced Healthcare Materials, lançam luz sobre a conexão entre músculos e nervos durante o exercício e podem orientar terapias relacionadas ao exercício para a reparação de nervos danificados e deteriorados.
“Agora que sabemos que essa comunicação entre músculos e nervos existe, isso pode ser útil para tratar condições como lesões nervosas, onde a comunicação entre o nervo e o músculo é interrompida,” diz Ritu Raman, Professora Assistente de Desenvolvimento de Carreira Eugene Bell em Engenharia Mecânica no MIT. “Talvez, se estimularmos o músculo, possamos incentivar o nervo a se curar e restaurar a mobilidade daqueles que a perderam devido a lesões traumáticas ou doenças neurodegenerativas.”
Raman é a autora principal do novo estudo, que inclui Angel Bu, Ferdows Afghah, Nicolas Castro, Maheera Bawa, Sonika Kohli, Karina Shah e Brandon Rios, todos do Departamento de Engenharia Mecânica do MIT, além de Vincent Butty, do Instituto Koch de Pesquisa Integrada do Câncer do MIT.
Conversa muscular
Em 2023, Raman e seus colegas relataram que conseguiram restaurar a mobilidade de camundongos que sofreram uma lesão muscular traumática. Eles implantaram tecido muscular no local da lesão e, em seguida, exercitaram o novo tecido estimulando-o repetidamente com luz. Com o tempo, descobriram que o enxerto exercitado ajudou os camundongos a recuperar a função motora, atingindo níveis de atividade comparáveis aos de camundongos saudáveis.
Quando os pesquisadores analisaram o enxerto em si, observaram que o exercício regular estimulou o músculo enxertado a produzir certos sinais bioquímicos que promovem o crescimento de nervos e vasos sanguíneos.
“Isso foi interessante porque sempre pensamos que os nervos controlam os músculos, mas não pensamos nos músculos respondendo aos nervos,” diz Raman. “Então, começamos a pensar que estimular o músculo estava incentivando o crescimento dos nervos. E as pessoas responderam que talvez seja esse o caso, mas existem centenas de outros tipos de células em um animal, e é realmente difícil provar que o nervo está crescendo mais por causa do músculo, em vez de o sistema imunológico ou outra coisa estar desempenhando um papel.”
Em seu novo estudo, a equipe decidiu verificar se o exercício dos músculos tem algum efeito direto no crescimento dos nervos, concentrando-se apenas no tecido muscular e nervoso. Os pesquisadores cultivaram células musculares de camundongo, formando longas fibras que se fundiram para criar uma pequena lâmina de tecido muscular maduro, do tamanho de uma moeda de 25 centavos.
A equipe modificou geneticamente o músculo para se contrair em resposta à luz. Com essa modificação, eles puderam piscar uma luz repetidamente, fazendo com que o músculo se contraísse em resposta, imitando o ato de exercício. Raman desenvolveu anteriormente um novo tipo de tapete de gel no qual é possível cultivar e exercitar o tecido muscular. As propriedades do gel permitem que ele sustente o tecido muscular e evite que ele se desprenda enquanto os pesquisadores estimulam o músculo a se exercitar.
A equipe coletou amostras da solução ao redor do tecido muscular exercitado, supondo que a solução conteria mioquinas, incluindo fatores de crescimento, RNA e uma mistura de outras proteínas.
“Eu pensaria nas mioquinas como uma sopa bioquímica de substâncias que os músculos secretam, algumas das quais podem ser benéficas para os nervos, enquanto outras talvez não tenham nada a ver com nervos,” diz Raman. “Os músculos estão praticamente sempre secretando mioquinas, mas quando você os exercita, eles produzem mais.”
“Exercício como medicina”
A equipe transferiu a solução de mioquinas para um recipiente separado contendo neurônios motores — nervos localizados na medula espinhal que controlam os músculos envolvidos em movimentos voluntários. Os pesquisadores cultivaram os neurônios a partir de células-tronco de camundongos. Assim como o tecido muscular, os neurônios foram cultivados em um tapete de gel semelhante. Após serem expostos à mistura de mioquinas, os pesquisadores observaram que os neurônios rapidamente começaram a crescer, quatro vezes mais rápido do que aqueles que não receberam a solução bioquímica.
“Eles crescem muito mais longe e mais rápido, e o efeito é bem imediato,” observa Raman.
Para uma análise mais detalhada de como os neurônios mudaram em resposta às mioquinas induzidas pelo exercício, a equipe realizou uma análise genética, extraindo RNA dos neurônios para ver se as mioquinas provocaram alguma alteração na expressão de certos genes neuronais.
“Observamos que muitos dos genes que foram expressos em maior quantidade nos neurônios estimulados pelo exercício estavam relacionados não apenas ao crescimento, mas também à maturação neuronal, à eficiência de comunicação com músculos e outros nervos, e à maturidade dos axônios,” diz Raman. “O exercício parece impactar não apenas o crescimento dos neurônios, mas também o quão maduros e funcionais eles são.”
Os resultados sugerem que os efeitos bioquímicos do exercício podem promover o crescimento dos neurônios. Em seguida, o grupo se perguntou: Será que os impactos puramente físicos do exercício teriam um benefício semelhante?
“Os neurônios estão fisicamente ligados aos músculos, então eles também se alongam e se movem com o músculo,” diz Raman. “Queríamos ver, mesmo na ausência de sinais bioquímicos do músculo, se poderíamos esticar os neurônios de um lado para o outro, imitando as forças mecânicas (do exercício), e se isso também teria um impacto no crescimento.”
Para responder a essa pergunta, os pesquisadores cultivaram outro conjunto de neurônios motores em um tapete de gel com minúsculos ímãs embutidos. Em seguida, usaram um ímã externo para balançar o tapete — e os neurônios — de um lado para o outro. Assim, “exercitaram” os neurônios por 30 minutos por dia. Para sua surpresa, descobriram que esse exercício mecânico estimulou os neurônios a crescer tanto quanto os neurônios induzidos por mioquinas, crescendo significativamente mais do que aqueles que não receberam nenhuma forma de exercício.
“Isso é um bom sinal, pois nos diz que tanto os efeitos bioquímicos quanto os físicos do exercício são igualmente importantes,” afirma Raman.
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Agora que o grupo demonstrou que o exercício muscular pode promover o crescimento dos nervos em nível celular, eles planejam estudar como a estimulação muscular direcionada pode ser usada para crescer e reparar nervos danificados, além de restaurar a mobilidade de pessoas que vivem com uma doença neurodegenerativa, como a ELA.
“Este é apenas nosso primeiro passo para entender e controlar o exercício como medicina,” diz Raman.
Reimpresso com permissão do MIT News.
