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Apr 07, 2024

O aprendizado de máquina discrimina P2X7

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 12673 (2023) Citar este artigo 83 Acessos 1 Altmetric Metrics detalhes O trifosfato de adenosina (ATP) é uma molécula sinalizadora extracelular que atua principalmente

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 12673 (2023) Citar este artigo

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O trifosfato de adenosina (ATP) é uma molécula sinalizadora extracelular que afeta principalmente a situação fisiopatológica do corpo e pode ser detectada por receptores purinérgicos, incluindo o P2X7 ionotrópico. As células-tronco neuronais (NSCs) permanecem nos tecidos neuronais adultos e podem contribuir para processos fisiológicos através da ativação por situações fisiopatológicas evocadas. Neste estudo, revelamos que as NSCs derivadas de células-tronco pluripotentes induzidas por humanos (iNSCs) têm capacidade de detecção de ATP principalmente através do receptor purinérgico e ionotrópico P2X7. Em seguida, para desenvolver um sistema de triagem baseado em aprendizado de máquina (ML) para substâncias neuronais eficazes derivadas de alimentos e suas doses efetivas, coletamos respostas de cálcio desencadeadas por ATP de iNSCs pré-tratadas com diversas substâncias e doses. Finalmente, descobrimos que o ML foi realizado usando imagens compostas, cada uma contendo nove imagens de formas de onda, para obter um modelo de ML melhor (MLM) com maior precisão. Nosso MLM pode classificar corretamente mudanças sutis não identificadas nas formas de onda produzidas por iNSCs pré-tratadas com cada substância e/ou dose no grupo positivo, com alterações comuns na expressão de mRNA pertencentes às assinaturas da ontologia genética.

O cérebro é conhecido por ser o órgão mais complexo e flexível do corpo. O desenvolvimento da rede neural no cérebro fetal está sujeito a ser afetado por substâncias químicas que passam através da barreira placentária1,2. Após o nascimento, o cérebro humano continua a crescer e a desenvolver redes neurais funcionais que recebem estímulos externos como informações significativas. Contudo, a exposição pós-natal a substâncias neurotóxicas como o bifenilo policlorado pode ter efeitos negativos no desenvolvimento mental e motor3. Mesmo no cérebro adulto, as redes neurais essenciais estabelecidas precisam de ser mantidas e novas redes precisam de ser desenvolvidas até à morte4. Estudos recentes revelaram que o cérebro humano adulto contém células-tronco neurais (NSCs) para neurogênese de novo para regeneração e/ou para estabelecimento de novas redes5. Para manter um equilíbrio entre a homeostase e as alterações nas redes neuronais, é necessário estudar as doses neuronais efetivas das substâncias ingeridas pelo corpo.

Alimentos e bebidas são as fontes mais comuns de nutrientes e substâncias neuronais, incluindo neurotoxinas6. Nos países industrializados modernos, estão a entrar no mercado vários novos alimentos e suplementos com experiências de fraca ingestão. Por exemplo, suplementos de emagrecimento contendo sibutramina podem causar graves problemas de saúde7. Além das neurotoxinas puras, é importante conhecer as doses eficazes dos alimentos diários que contêm substâncias que afetam os neurônios, como cafeína, álcool e teanina.

Os efeitos neuronais foram testados principalmente em animais. No entanto, para responder às preocupações sobre o bem-estar animal, devem ser desenvolvidos métodos alternativos para prever a neurotoxicidade. As células-tronco pluripotentes induzidas pelo homem (hiPSCs) são um recurso ideal para sistemas de triagem toxicológica porque podem fornecer vários tipos de células neuronais com menos questões éticas. Muitos relatos mostraram que neurônios derivados de hiPSC são úteis para avaliar e caracterizar a neurotoxicidade de substâncias específicas relacionadas à morte celular ou sinaptogênese8,9. No entanto, até à data, nenhum sistema de rastreio consegue segregar, de forma dependente da dose, substâncias gerais que contêm alimentos em grupos com ou sem efeitos neuronais.

O trifosfato de adenosina (ATP) é o principal mensageiro purinérgico que serve como indicação de dano cerebral10. A concentração de ATP reflete a gravidade do dano, pois as células danificadas liberam ATP de forma incontrolável. O ATP extracelular pode levar a um ciclo de “dano induzido por dano” através da indução de morte celular neuronal direta e respostas inflamatórias microgliais11. O ATP é detectado por receptores purinérgicos, dos quais P2X7 é amplamente expresso em células excitáveis, incluindo células progenitoras neuronais derivadas de células-tronco pluripotentes humanas, astrócitos, células semelhantes à micróglia e neurônios12. No entanto, a funcionalidade do P2X7 em iNSCs humanos permanece obscura.