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, os 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 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. Esses experimentos em nível celular sugerem que o exercício pode ter um efeito bioquímico significativo no crescimento do nervo.
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, 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 dos nervos, este estudo é o primeiro a mostrar que os efeitos físicos podem ser igualmente importantes, dizem os pesquisadores. Os resultados, publicados hoje na revista Advanced Healthcare Materials, lançam luz sobre a conexão entre músculos e nervos durante o exercício e podem informar terapias relacionadas ao exercício para reparar nervos danificados e em deterioração.
“Agora que sabemos que existe essa interferência músculo-nervo, ela pode ser útil para tratar coisas como lesão nervosa, onde a comunicação entre nervo e músculo é cortada”, diz Ritu Raman, professor assistente de engenharia mecânica de desenvolvimento de carreira Eugene Bell no MIT. “Talvez, se estimularmos o músculo, possamos encorajar o nervo a se curar e restaurar a mobilidade daqueles que o 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 de Pesquisa Integrativa do Câncer do MIT.
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 camundongos a recuperar sua função motora, atingindo níveis de atividade comparáveis aos de camundongos saudáveis.
Quando os pesquisadores analisaram o enxerto em si, parecia que o exercício regular estimulou o músculo enxertado a produzir certos sinais bioquímicos que são conhecidos por promover o crescimento de nervos e vasos sanguíneos.
“Isso foi interessante porque sempre pensamos que os nervos controlam os músculos, mas não pensamos nos músculos falando de volta 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 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 do sistema imunológico ou qualquer outra coisa desempenhando um papel.
Em seu novo estudo, a equipe se propôs a determinar se o exercício dos músculos tem algum efeito direto sobre o crescimento dos nervos, concentrando-se apenas no tecido muscular e nervoso. Os pesquisadores cultivaram células musculares de camundongos em fibras longas que então se fundiram para formar uma pequena folha de tecido muscular maduro do tamanho de um quarto.
A equipe modificou geneticamente o músculo para se contrair em resposta à luz. Com essa modificação, a equipe pôde piscar uma luz repetidamente, fazendo com que o músculo se contraísse em resposta, de uma forma que imitava o ato de se exercitar. Raman desenvolveu anteriormente um novo tapete de gel para crescer e exercitar o tecido muscular. As propriedades do gel são tais que ele pode apoiar o tecido muscular e evitar que ele 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 estão quase sempre secretando 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 cultivaram os neurônios a partir de células-tronco derivadas de camundongos. Tal como acontece com o tecido muscular, os neurônios foram cultivados em um tapete 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 do 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 ver mais de perto 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 mudança 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, quão bem eles conversam com os músculos e outros nervos e quão maduros são os axônios”, diz Raman. “O exercício parece afetar 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: os impactos puramente físicos do exercício poderiam ter um benefício semelhante?
“Os neurônios estão fisicamente ligados aos músculos, então eles também estão se alongando e se movendo com o músculo”, diz Raman. “Também queríamos ver, mesmo na ausência de pistas bioquímicas do músculo, poderíamos esticar os neurônios para frente e para trás, imitando as forças mecânicas (do exercício), e isso poderia ter um impacto no crescimento também?”
Para responder a isso, os pesquisadores cultivaram um conjunto diferente de neurônios motores em um tapete de gel que eles incorporaram com minúsculos ímãs. Eles então usaram um ímã externo para sacudir o tapete – e os neurônios – para frente e para trás. Dessa forma, eles “exercitaram” os neurônios, por 30 minutos por dia. Para sua surpresa, eles descobriram que esse exercício mecânico estimulou os neurônios a crescer tanto quanto os neurônios induzidos por miocinas, crescendo significativamente mais longe do que os neurônios que não receberam nenhuma 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 mostrou que o exercício muscular pode promover o crescimento nervoso no nível celular, eles planejam estudar como a estimulação muscular direcionada pode ser usada para desenvolver 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 entender e controlar o exercício como remédio”, diz Raman.
