Novo mapa corporal de IA revela o ataque oculto da obesidade aos nervos faciais

O estudo também identificou padrões moleculares semelhantes em tecidos humanos, sugerindo que aspectos importantes dos danos nervosos relacionados à obesidade podem ocorrer tanto em camundongos quanto em humanos. Os resultados foram publicados na revista Nature.

A obesidade afeta muito mais do que apenas o peso corporal e o metabolismo. Ela pode alterar a atividade imunológica, desestruturar nervos e remodelar tecidos em todo o corpo, aumentando o risco de condições como diabetes tipo 2, doenças cardiovasculares, derrame, neuropatia e câncer. Apesar desses efeitos amplos, os cientistas não dispunham de ferramentas capazes de estudar mudanças relacionadas a doenças em um corpo intacto com alto nível de detalhamento.

Para abordar esse desafio, uma equipe de pesquisa liderada pelo Prof. Ali Ertürk, Diretor do Instituto de Inteligência Biológica (iBIO) no Helmholtz Munich e Professor na LMU, desenvolveu o MouseMapper. A estrutura de IA utiliza algoritmos de aprendizado profundo baseados em modelos fundacionais para analisar enormes conjuntos de dados de imagens do corpo inteiro.

O sistema é capaz de identificar e segmentar automaticamente 31 órgãos e tipos de tecidos, além de mapear nervos e células imunológicas por todo o corpo. Isso permite que os pesquisadores examinem como as doenças afetam vários sistemas orgânicos ao mesmo tempo em camundongos intactos.

“MouseMapper é construído sobre um modelo fundacional, o que significa que ele se generaliza muito além dos dados nos quais foi originalmente treinado,” afirma Ying Chen, co-primeiro autor do estudo.

Camundongos Transparentes e Imagem de Corpo Inteiro

Para construir os mapas do corpo, os pesquisadores inicialmente marcavam nervos e células imunológicas em camundongos usando marcadores fluorescentes que brilham sob um microscópio. Em seguida, utilizaram métodos de clareamento de tecidos para tornar os camundongos transparentes, preservando os sinais fluorescentes, permitindo que os cientistas visualizassem profundamente o interior do corpo sem necessidade de cortar os tecidos.

Depois, a equipe utilizou microscopias de luz em fatia avançadas para capturar imagens tridimensionais detalhadas de camundongos inteiros. O processo gerou conjuntos de dados enormes contendo dezenas de milhões de estruturas celulares de órgãos e tecidos por todo o corpo.

O MouseMapper então analisou as imagens automaticamente, identificando regiões anatômicas, redes nervosas e aglomerados de células imunológicas pelos animais.

Essa abordagem permitiu que os pesquisadores localizassem exatamente onde a inflamação e danos aos tecidos apareciam em órgãos como tecido adiposo, músculos, fígado e nervos periféricos. Ao contrário de métodos anteriores, os cientistas não precisaram escolher regiões específicas para estudar antecipadamente.

Obesidade Associada a Danos no Nervo Facial

Para explorar como a obesidade altera o corpo, os pesquisadores alimentaram camundongos com uma dieta rica em gordura que produziu obesidade e problemas metabólicos semelhantes aos observados em humanos.

Utilizando o MouseMapper, a equipe descobriu alterações generalizadas na organização de células imunológicas e estruturas nervosas em todo o corpo. Uma das descobertas mais surpreendentes envolveu o nervo trigêmeo, um nervo facial maior responsável pela sensação facial e certas funções motoras.

Em camundongos obesos, esses nervos sensoriais mostraram uma grande redução em ramificações e terminações nervosas, sugerindo função nervosa prejudicada. Testes de comportamento corroboraram essa conclusão, mostrando que os camundongos obesos eram menos responsivos a estímulos sensoriais em comparação com os camundongos magros.

A equipe então se concentrou no gânglio trigêmio, que contém os corpos celulares dos neurônios sensoriais faciais. Através da análise proteômica espacial, identificaram mudanças moleculares ligadas à inflamação e remodelação nervosa.

Importante notar que muitos dos mesmos sinais moleculares foram encontrados também em tecido trigêmeo de pessoas com obesidade. Isso sugere que as alterações relacionadas a nervos observadas em camundongos podem ocorrer também em humanos.

“Revelamos mudanças estruturais e moleculares previamente desconhecidas no gânglio trigêmio e em seus ramos faciais, e a mesma assinatura molecular foi conservada no tecido humano. Esse tipo de descoberta simplesmente não pode surgir do estudo de um único órgão por vez,” diz a Dra. Doris Kaltenecker, cientista sênior no Instituto de Diabetes e Câncer (IDC) do Helmholtz Munich e primeira autora do estudo.

Uma Nova Ferramenta para Estudar Doenças Complexas

A equipe de pesquisadores acredita que o MouseMapper pode se tornar uma ferramenta importante para o estudo de doenças que afetam simultaneamente vários sistemas orgânicos, incluindo diabetes, câncer, doenças neurodegenerativas e distúrbios autoimunes.

Diferentemente de abordagens anteriores focadas em tecidos ou órgãos individuais, o MouseMapper fornece um sistema de análise de corpo inteiro integrado que pode identificar pontos críticos de doenças em um organismo.

A equipe também disponibilizou os conjuntos de dados de corpo inteiro publicamente online, para que pesquisadores de todo o mundo possam explorar mudanças relacionadas à obesidade em órgãos e tecidos.

“Nosso objetivo é criar uma estrutura abrangente para entender como as doenças afetam o corpo como um sistema interconectado,” afirma Ali Ertürk. “Nossa visão de longo prazo é construir gêmeos digitais verdadeiramente realistas de camundongos em saúde e doença: atlas ao nível celular que podemos consultar, perturbar e testar computacionalmente in silico. Isso nos permitiria identificar as primeiras mudanças que uma doença causa, projetar intervenções para preveni-las e acelerar a descoberta de novos tratamentos, ao mesmo tempo que reduzimos o número de experimentos físicos que precisamos realizar.”

O trabalho foi apoiado pelo Conselho Europeu de Pesquisa (Consolidator Grant CALVARIA para A. Ertürk; subvenção 949017 para M. Rohm), pela Fundação Alemã de Pesquisa (DFG) dentro da Estratégia de Excelência da Alemanha, pelo Cluster de Sistemas Neurológicos de Munique (SyNergy, ID 390857198, EXC 2145), DFG SFB 1052 (A9) e TR 296 (P03), pelo Centro de Pesquisa Colaborativa CRC 1744, pelo Ministério Federal da Educação e Pesquisa da Alemanha (colaboração NATON, 01KX2121, e HIVacToGC), pela Fundação de Pesquisa em Demência Vascular, pela Subvenção de Projeto Atlas do Coração Nomis (Fundação Nomis), pela Fundação Else-Kröner-Fresenius, pela Fundação Edith-Haberland-Wagner, pela Fundação Helmut Horten, pelo Programa para Pesquisa em Diabetes na Europa EFSD e Novo Nordisk A/S (para D. Kaltenecker) e pelo Conselho de bolsas da China (para Y. Chen).