Quando os músculos trabalham, eles ajudam os neurônios a crescer, mostra um novo estudo

As descobertas sugerem que os efeitos bioquímicos e físicos do exercício podem ajudar a curar os nervos.

Não há dúvida de que o exercício faz bem ao corpo. A atividade regular não apenas fortalece os músculos, mas também pode fortalecer os ossos, os vasos sanguíneos e o sistema imunológico.

Agora, os engenheiros do MIT descobriram que o exercício também pode trazer benefícios ao nível dos neurônios individuais. Eles observaram que quando os músculos se contraem durante o exercício, liberam uma sopa de sinais bioquímicos chamados miocinas. Na presença desses sinais gerados pelos músculos, os neurônios cresceram quatro vezes mais em comparação com os neurônios que não foram expostos às miocinas. Estas experiências a nível celular sugerem que o exercício pode ter um efeito bioquímico significativo no crescimento dos nervos.

Surpreendentemente, os investigadores também descobriram que os neurónios respondem não só aos sinais bioquímicos do exercício, mas também aos seus impactos físicos. A equipe observou que quando os neurônios são puxados repetidamente para frente e para trás, da mesma forma que os músculos se contraem e se expandem durante o exercício, os neurônios crescem tanto quanto quando são expostos às miocinas de um músculo.

Embora estudos anteriores tenham indicado uma potencial ligação bioquímica entre a atividade muscular e o crescimento nervoso, este estudo é o primeiro a mostrar que os efeitos físicos podem ser igualmente importantes, dizem os investigadores. Os resultados, publicados hoje na revista Materiais avançados de saúdeesclarecem a conexão entre músculos e nervos durante o exercício e podem informar terapias relacionadas ao exercício para reparar nervos danificados e deteriorados.

“Agora que sabemos que existe essa interferência músculo-nervo, ela pode ser útil para tratar coisas como lesões nervosas, onde a comunicação entre nervo e músculo é interrompida”, diz Ritu Raman, professor assistente de desenvolvimento de carreira de Eugene Bell de engenharia mecânica no MIT. . “Talvez, se estimularmos o músculo, possamos estimular a cura do nervo e restaurar a mobilidade daqueles que a perderam devido a lesões traumáticas ou doenças neurodegenerativas”.

Raman é o autor sênior do novo estudo, que inclui Angel Bu, Ferdows Afghah, Nicolas Castro, Maheera Bawa, Sonika Kohli, Karina Shah e Brandon Rios do Departamento de Engenharia Mecânica do MIT, e Vincent Butty do Instituto Koch para Câncer Integrativo do MIT. Pesquisar.

Conversa muscular

Em 2023, Raman e seus colegas relataram que poderiam restaurar a mobilidade em camundongos que sofreram uma lesão muscular traumática, primeiro implantando tecido muscular no local da lesão e, em seguida, exercitando o novo tecido, estimulando-o repetidamente com luz. Com o tempo, eles descobriram que o enxerto exercitado ajudou os ratos a recuperar a sua função motora, atingindo níveis de atividade comparáveis ​​aos de ratos saudáveis.

Quando os investigadores analisaram o próprio enxerto, descobriu-se que o exercício regular estimulava 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 estimulando o crescimento do nervo. E as pessoas responderam que talvez seja esse o caso, mas há 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 do sistema imunológico ou qualquer outra coisa desempenhando um papel.”

No seu novo estudo, a equipa decidiu determinar se o exercício muscular tem algum efeito direto no crescimento dos nervos, concentrando-se apenas nos músculos e no tecido nervoso. Os pesquisadores transformaram células musculares de camundongos em fibras longas que depois se fundiram para formar uma pequena folha de tecido muscular maduro do tamanho de uma moeda.

A equipe modificou geneticamente o músculo para se contrair em resposta à luz. Com essa modificação, a equipe poderia acender uma luz repetidamente, fazendo com que o músculo se contraísse em resposta, de uma forma que imitasse o ato do exercício. Raman desenvolveu anteriormente um novo tapete de gel para crescer e exercitar o tecido muscular. As propriedades do gel são tais que ele pode sustentar o tecido muscular e evitar que ele se descasque à medida que os pesquisadores estimulam o músculo a se exercitar.

A equipe então coletou amostras da solução circundante na qual o tecido muscular foi exercitado, pensando que a solução deveria conter miocinas, incluindo fatores de crescimento, RNA e uma mistura de outras proteínas.

“Eu pensaria nas miocinas como uma sopa bioquímica de coisas que os músculos secretam, algumas das quais podem ser boas para os nervos e outras que podem não ter nada a ver com os nervos”, diz Raman. “Os músculos quase sempre secretam miocinas, mas quando você os exercita, eles produzem mais.”

“Exercício como remédio”

A equipe transferiu a solução de miocina para um prato separado contendo neurônios motores – nervos encontrados na medula espinhal que controlam os músculos envolvidos no movimento voluntário. Os pesquisadores desenvolveram neurônios a partir de células-tronco derivadas de camundongos. Tal como acontece com o tecido muscular, os neurônios foram cultivados em uma esteira de gel semelhante. Depois que os neurônios foram expostos à mistura de miocinas, a equipe observou que eles começaram a crescer rapidamente, quatro vezes mais rápido que os neurônios que não receberam a solução bioquímica.

“Eles crescem muito mais longe e mais rápido, e o efeito é bastante imediato”, observa Raman.

Para uma análise mais detalhada de como os neurônios mudaram em resposta às miocinas induzidas pelo exercício, a equipe realizou uma análise genética, extraindo RNA dos neurônios para ver se as miocinas induziam alguma alteração na expressão de certos genes neuronais.

“Vimos que muitos dos genes regulados positivamente nos neurônios estimulados pelo exercício não estavam apenas relacionados ao crescimento dos neurônios, mas também à maturação dos neurônios, ao quão bem eles se comunicam com os músculos e outros nervos, e ao quão maduros são os 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. Então o grupo se perguntou: Será que os impactos puramente físicos do exercício poderiam ter um benefício semelhante? “Os neurônios estão fisicamente ligados aos músculos, por isso também se alongam e se movem com os músculos”, diz Raman. “Também queríamos ver, mesmo na ausência de sinais bioquímicos do músculo, se poderíamos esticar os neurônios para frente e para trás, imitando as forças mecânicas (do exercício), e se isso também teria um impacto no crescimento”. , os pesquisadores desenvolveram um conjunto diferente de neurônios motores em uma esteira de gel que incorporaram minúsculos ímãs. Eles então usaram um ímã externo para balançar o tapete – e os neurônios – para frente e para trás. Dessa forma, eles “exercitaram” os neurônios, durante 30 minutos por dia. Para sua surpresa, descobriram que este exercício mecânico estimulou o crescimento dos neurónios tanto quanto os neurónios induzidos por miocinas, crescendo significativamente mais longe do que os neurónios que não receberam qualquer forma de exercício.

“Isso é um bom sinal porque nos diz que os efeitos bioquímicos e físicos do exercício são igualmente importantes”, diz Raman.

Agora que o grupo demonstrou que o exercício muscular pode promover o crescimento dos nervos a nível celular, eles planeiam estudar como a estimulação muscular direcionada pode ser usada para crescer e curar nervos danificados e restaurar a mobilidade de pessoas que vivem com uma doença neurodegenerativa como a ELA.

“Este é apenas o nosso primeiro passo para compreender e controlar o exercício como medicamento”, diz Raman.