Investindo em Conquistas do Prêmio Nobel – Neurônios e Arquitetura Cerebral

História do Prêmio Nobel

O Prêmio Nobel é a premiação mais prestigiosa no mundo científico. Foi criado de acordo com testamento do Sr. Alfred Nobel para conceder um prêmio “a quem, no ano anterior, trouxe o maior benefício à humanidade” nas áreas de física, química, fisiologia ou medicina, literatura e paz. Um sexto prêmio seria criado posteriormente para ciências econômicas pelo banco central sueco.

A decisão de a quem atribuir o prêmio cabe a várias instituições acadêmicas suecas.

Preocupações de Legado

A decisão de criar o Prêmio Nobel surgiu para Alfred Nobel depois que ele leu seu próprio obituário, após um erro de um jornal francês que interpretou erroneamente a notícia da morte de seu irmão. Intitulado “O Mercador da Morte Está Morto”, o artigo francês criticou Nobel por sua invenção de explosivos sem fumaça, dos quais a dinamite foi a mais famosa.

Suas invenções foram muito influentes na formação da guerra moderna, e Nobel comprou uma enorme siderúrgica para transformá‑la em um grande fabricante de armamentos. Como ele foi primeiro químico, engenheiro e inventor, Nobel percebeu que não queria que seu legado fosse o de um homem lembrado por ter feito fortuna com a guerra e a morte de outros.

Prêmio Nobel

Hoje, a fortuna de Nobel está armazenada em um fundo investido para gerar renda que financie a Fundação Nobel e a medalha verde dourada banhada a ouro, o diploma e o prêmio monetário de 11 milhões de SEK (cerca de US$ 1 milhão) atribuídos aos vencedores.

Fonte: Britannica

Frequentemente, o dinheiro do Prêmio Nobel é dividido entre vários vencedores, especialmente em áreas científicas onde é comum que 2 ou 3 figuras principais contribuam juntas ou em paralelo para uma descoberta revolucionária.

Ao longo dos anos, o Prêmio Nobel tornou‑se O prêmio científico, tentando equilibrar descobertas teóricas e muito práticas. Ele premiou conquistas que construíram as bases do mundo moderno, como radioatividade, antibióticos, raios‑X, ou PCR, bem como ciência fundamental como a fonte de energia do sol, a carga do elétron, a estrutura atômica, ou a superfluidez.

Entendendo Nossos Cérebros

A natureza da mente humana e da inteligência animal tem sido objeto de debate filosófico por milênios. Por muito tempo, foi principalmente uma questão de opiniões e preconceitos que decidiam qual visão seria dominante.

Isso mudou com o surgimento da neurociência moderna. Com a descoberta dos neurônios e sua capacidade de transmitir sinais elétricos, a ideia de estudar neurônios individuais para explicar mecanismos mentais complexos tornou‑se realista.

Isso foi combinado com estudos em animais e psicologia experimental para fornecer os primeiros insights verdadeiros sobre como nossos cérebros funcionam.

A descoberta da “transdução de sinal no sistema nervoso” foi premiada com o Prêmio Nobel de Medicina em 2000. A neurologia é um campo que foi recompensado por esse prestigiado prêmio, bem como o Prêmio Nobel de Medicina em 2021 “por suas descobertas de receptores para temperatura e toque”.

No entanto, uma descoberta potencialmente ainda mais impressionante foi a que recebeu o Prêmio Nobel de Medicina de 2014, “por suas descobertas de células que constituem um sistema de posicionamento no cérebro”. Essencialmente, descobriu‑se que o mapeamento mental do ambiente pelo nosso cérebro está fisicamente presente em um mapa neuronal semelhante em uma parte específica do cérebro.

Metade desse prêmio foi atribuído a John O’Keefe e um quarto a May‑Britt Moser e seu marido, Edvard I. Moser.

Fonte: Prêmio Nobel

Criando um Sentido de Lugar

A primeira ideia de que o cérebro poderia criar uma conexão entre lugares e eventos por meio de pensamento semi‑consciente foi idealizada pelo psicólogo experimental Edward Tolman.

Observando animais, Tolman hipotetizou em 1948 que os animais conectavam mentalmente lugares e eventos, criando um mapa mental que lhes permitia navegar por um local e conectar mentalmente locais não relacionados.

Essa ideia acabou se confirmando, mas requer técnicas mais avançadas para começar a estudar a própria atividade cerebral para ser provada.

John O’Keefe tinha treinamento em psicologia fisiológica, um campo preocupado com o impacto da estrutura biológica nos fenômenos mentais. No final da década de 1960, ele começou a estudar a atividade dos neurônios nos cérebros de ratos em relação ao seu movimento e localização, usando microfios implantados.

Fonte: Research Gate

Graças a esse método avançado de medição, a atividade cerebral pôde ser estudada quando o animal se movia livremente, replicando um padrão natural de comportamento.

Foi aqui que a pesquisa de John O’Keefe se destacou, pois pesquisadores anteriores que registravam a atividade hipocampal limitavam sua investigação a tarefas comportamentais restritas ou a protocolos estritos de estímulo‑resposta.

Fazendo isso, ele descobriu uma classe de neurônios chamada “células de lugar”, localizadas no hipocampo do rato, um local conhecido por ser a posição física de muitos mecanismos mentais relacionados à memória.

Fonte: Prêmio Nobel

Hipocampo e Células de Lugar

O hipocampo tem sido conhecido desde a década de 1950 como o centro da função de memória do cérebro. Por exemplo, a perda de ambos os hipocampos em pacientes humanos causou déficits graves de memória.

Isso incluiu a perda da capacidade de codificar novas memórias enquanto ainda era possível recuperar memórias antigas. No entanto, há também evidências mais curiosas, como o fato de motoristas de táxi de Londres, que passam por um treinamento extensivo para aprender a navegar por milhares de ruas, desenvolverem volumes hipocampais significativamente maiores que os de sujeitos‑controle durante o treinamento.

O’Keefe descobriu que as células de lugar se ativavam quando o animal estava em uma localização específica. Por meio de testes sistemáticos, ele também demonstrou que não se tratava de uma resposta a estímulos específicos, como, por exemplo, o lugar ter uma certa cor ou conter comida. Em vez disso, os neurônios de lugar ativavam‑se quando o animal estava naquele ponto particular e cessavam quando ele saía.

Cada célula de lugar não era especializada em um local específico; porém, cada local e ambiente disparava uma combinação específica de células de lugar, semelhante a um sistema de coordenadas complexo.

Descoberta Adicional Sobre Células de Lugar

Ao aprofundar, O’Keefe descobriu que a atividade das células de lugar se reorganizava quando o rato era exposto a um novo ambiente. E, uma vez adquirida, o padrão aprendido permanecia persistente. Isso fornece uma base sólida para teorizar que as células de lugar formam um substrato celular para a memória.

A ideia de um “mapeamento celular” gerou bastante controvérsia antes de ser amplamente aceita. Ela então abriu caminho para explorações adicionais da base fisiológica da memória. Desta vez, a ideia de encontrar novos tipos de neurônios e prestar atenção cuidadosa à sua localização exata forneceria a peça que faltava ao quebra‑cabeça de como a memória espacial funciona.

Uma Grade Cerebral para Mapear o Mundo

A descoberta das células de lugar direcionou a pesquisa da memória espacial ao hipocampo. Contudo, a maior parte dos estímulos do hipocampo provém de uma estrutura na borda dorsal do cérebro do rato chamada córtex entorrinal. Assim, essa área tornou‑se o foco da pesquisa de May‑Britt & Edvard Moser.

Fonte: Bright Focus

Algumas pesquisas anteriores mostraram que o córtex entorrinal contém células com características semelhantes às células de lugar do hipocampo. No entanto, foram os Mosers que encontraram um tipo totalmente novo de célula, chamadas células de grade, nessa área do cérebro.

Padrão Hexagonal das Células de Grade

As células de grade estão localizadas em nós específicos que se agrupam em um padrão hexagonal muito regular. Tal padrão de grade nunca havia sido observado no cérebro antes. Também ficou rapidamente evidente que seu surgimento não era apenas um acidente, mas um processo rigidamente regulado por atividade de rede complexa.

Fonte: Prêmio Nobel

Ainda mais interessante, as células de grade foram encontradas embutidas em uma rede formada por células de direção de cabeça e células de borda, e células que combinam funções de cabeça e borda simultaneamente.

Células de cabeça são conhecidas por agir como uma bússola e ativam‑se apenas quando a cabeça do animal aponta em certa direção. Enquanto isso, as células de borda ativam‑se quando o rato encontra uma parede ou obstáculo.

Os cônjuges Moser também descobriram que as células de grade, de cabeça e de borda projetam conexões neurais em direção às células de lugar do hipocampo.

Juntos, pesquisas adicionais dos cônjuges Moser e de O’Keefe provaram que o “sistema de coordenadas” das células de lugar é ativado e regulado pelas células de grade e de borda, em um complexo sistema de 2 camadas que mapeia nos neurônios o ambiente físico real.

Fonte: Prêmio Nobel

Um Mecanismo Conservado em Todos os Mamíferos

Embora a maior parte da pesquisa tenha sido conduzida em ratos (por razões práticas, de custo e éticas), a pesquisa sobre células de lugar e de grade provavelmente é válida para outros mamíferos, inclusive humanos.

Células semelhantes a de lugar foram encontradas em humanos em 2003, e células semelhantes a de grade foram encontradas em 2010, fornecendo indicações adicionais de que tal sistema foi preservado ao longo da evolução. Isso não surpreende, pois, de modo geral, a estrutura hipocampo‑entorinal é bem preservada em todos os mamíferos. Mesmo entre vertebrados não mamíferos, estruturas semelhantes ao hipocampo podem ser encontradas, sugerindo que tal mecanismo é muito antigo e bem conservado em espécies muito diferentes.

A memória de localização codificada nas células de lugar também é “reproduzida” durante o sono, provavelmente levando à consolidação do padrão e à subsequente conservação da memória a longo prazo.

No conjunto, essas descobertas fornecem uma base sólida para explicar a memória de localização ao nível neuronal e a atividade cerebral.

Aplicações

Desvendando a Complexidade do Cérebro

Este trabalho de pesquisa trata das funções fundamentais do cérebro. No entanto, tem inúmeras aplicações potenciais, como a maioria dos outros Prêmios Nobel focados em neurologia. Isso ocorre porque o cérebro é um órgão notoriamente difícil de tratar. Ele está protegido pela barreira hematoencefálica, bloqueando muitos tratamentos químicos ou biotecnológicos de serem eficazes. É também um órgão extremamente complexo. Estudá‑lo pode ser complicado, já que a maior parte da atividade é transitória e elétrica, com sinais químicos limitados à interface sináptica dos neurônios.

Alguns cientistas, como o laureado com o Prêmio Nobel Penrose (por pesquisas não relacionadas à formação de buracos negros), suspeitam que a consciência possa emergir de fenômenos quânticos. Uma ideia agora confirmada pela descoberta de efeitos quânticos nos microtúbulos dos neurônios.

Portanto, em geral, terapias que visam o cérebro provavelmente exigirão um entendimento muito profundo de como memória, consciência e percepções são criadas e processadas pelo cérebro.

Necessidades Clínicas

A perda de memória é um dos primeiros e mais problemáticos sintomas de muitas doenças neurodegenerativas, como demência relacionada à idade e doença de Alzheimer. O’Keefe e sua equipe provaram que, em modelos animais de Alzheimer, a degradação das células de lugar está correlacionada à degradação da memória espacial.

Como a formação hipocampal é uma das primeiras estruturas afetadas na doença de Alzheimer, uma compreensão mais profunda dos mecanismos cerebrais pode gerar novas opções terapêuticas.

Investindo em Neurologia

A neurologia é um dos campos mais avançados da biologia e da medicina atualmente. Sua importância está crescendo devido ao envelhecimento da população, com doenças psicológicas e cerebrais relacionadas à idade se tornando um problema crescente.

Exploramos em mais detalhes como isso poderia ser a “próxima grande coisa” para o setor farmacêutico em “As Próximas Terapias Blockbuster: Curando Distúrbios Neurológicos”.

É também o foco das tecnologias mais avançadas, como, por exemplo, os “chips cerebrais” da Neuralink, relacionados a Elon Musk.

Fonte: Neuralink

Você pode investir em empresas relacionadas à neurologia através de diversas corretoras, e pode encontrar aqui, em securities.io, nossas recomendações para as melhores corretoras nos Estados‑Unidos, Canadá, Austrália, Reino Unido, bem como em muitos outros países.

Se você não tem interesse em escolher empresas específicas, pode também considerar ETFs de biotecnologia como o iShares Neuroscience and Healthcare ETF (IBRN), ou o Tema Neuroscience and Mental Health ETF (MNTL), que proporcionarão uma exposição mais diversificada para capitalizar em ações relacionadas à neurologia.

Empresas de Neurologia

1. BrainStorm Cell Therapeutics

Nem todas as empresas biotecnológicas de neurologia contam com novos fármacos. Outras estão literalmente tentando reparar o cérebro diretamente, inclusive adicionando novas células ao sistema nervoso do paciente por meio de terapia com células‑tronco.

Esta é a estratégia adotada pela Brainstorm Cell Therapeutics, que trabalha com células‑tronco para curar ou reduzir os danos de doenças neurológicas.

Brainstorm Cell usa sua plataforma tecnológica celular autóloga (NurOwn®): a empresa coleta as células da medula óssea do paciente e as transforma em neurônios e outras células nervosas. Esse processo é bastante curto, levando apenas 7 dias.

Esse processo cria células nervosas que possuem o código genético do paciente, eliminando riscos de incompatibilidade ou rejeição das células transplantadas.

Fonte: Brainstorm Cell

Brainstorm foca em doenças neurológicas como esclerose múltipla, Alzheimer, Parkinson, doença de Huntington ou Transtorno do Espectro Autista.

O tratamento para ALS é o único em fase 3, com esperanças de aprovação rápida, e resultados preliminares parecem indicar que ele pode ajudar se usado cedo o suficiente para retardar a progressão da doença.

Fonte: Brainstorm Cell

No futuro distante, podemos imaginar que essa terapia desenvolvida pela Brainstorm seja capaz de “regenerar” células danificadas, potencialmente focando em neurônios ultra‑especializados como células de lugar, de grade e de borda.

2. BICO Group AB (BICO.ST)

Uma forma de estudar o cérebro e os nervos é usar organoides cerebrais. Esses mini‑cérebros criados artificialmente podem ser usados para replicar em laboratório a reação dos neurônios a terapias potenciais, ajudando pesquisadores a encontrar tratamentos para o cérebro real.

Discutimos em mais detalhes como funciona e os últimos desenvolvimentos nessa área em “Passos Significativos Rumo à Inteligência de Organoides Sendo Tomados”.

Recentemente, organoides cerebrais muito mais complexos foram impressos em 3D por pesquisadores da Universidade de Wisconsin–Madison. Eles fizeram isso com uma bioprinter Cellink, abrindo novo potencial para essa máquina na pesquisa em neurociência.

Fonte: Cellink

Em 2021, a Cellink foi renomeada como BICO Group, após sua aquisição da Cytena em 2019 e da Scienion em 2020.

A Cellink ainda é a marca da parte de bioprinting do negócio. A ideia é reutilizar métodos de impressão 3D para criar tecidos ou órgãos 3D sob demanda. (Você pode ler uma discussão sobre este tema em “Impressão 3D de Órgãos Humanos – Quão Realista É?”).

Bioprinting representa cerca de 1/5^th do negócio, com o segmento de automação em biociência gerando mais de 3/5^th da receita.

Fonte: BICO Group AB

Embora não seja a única no campo, a Cellink é claramente um fabricante de equipamentos de bioprinting muito avançado. A conquista do Prof. Zhang usando essas máquinas demonstra seu potencial na pesquisa em neurologia, um campo que ainda não utiliza bioprinting de forma significativa.

No longo prazo, as empresas de bioprinting provavelmente evoluirão de fornecedoras de ferramentas para pesquisadores para se tornarem fornecedoras de terapias de bioprinting de empresas farmacêuticas para pacientes. Isso, por sua vez, mudará completamente o número de bioprintadores em uso e, mais importante, o volume de consumíveis vendidos a cada mês.

Esse é o mesmo processo que ocorreu com outros fabricantes de equipamentos de biolaboratório, incluindo máquinas de sequenciamento genômico da PacBio (PACB) e da Illumina (ILMN), que acabam gerando 80 % de suas receitas a partir de vendas recorrentes de consumíveis.