Resposta bioenergética microglial após trauma cranioencefálico em camundongos

Abstract

O trauma cranioencefálico (TCE) é uma lesão ao tecido cerebral causada por forças biomecânicas externas, como impactos diretos ao crânio, acelerações rotacionais bruscas da cabeça ou ondas de choque. Nos Estados Unidos, o Center for Disease Control and Prevention (CDC) estimou 190 óbitos diários relacionados ao TCE em 2021, enquanto no Brasil houve uma média anual de cerca de 131 mil internações associadas ao TCE entre 2009 e 2019. Os mecanismos patofisiológicos do TCE incluem injúria axonal, ativação de caspases, disfunção mitocondrial e neuroinflamação. Esses eventos desencadeiam danos secundários, como desequilíbrios iônicos, disfunção bioenergética e acúmulo de proteínas neurotóxicas, contribuindo para a progressão da neurodegeneração. A microglia, uma célula glial no sistema nervoso central, desempenha um papel central na resposta imune e na manutenção da homeostase cerebral. Ela possui dois fenótipos principais: M1, associado à resposta pró-inflamatória e metabolismo majoritariamente glicolítico, e M2, relacionado à resolução de inflamação e remodelamento tecidual. A respirometria é uma técnica que permite a medição da respiração celular através de um eletrodo de Clark, sendo crucial para investigar os processos metabólicos da microglia e de outras células em resposta ao TCE. Neste estudo, foram utilizados camundongos para investigar os efeitos do TCE na atividade bioenergética da microglia. Um protocolo de respirometria foi desenvolvido para analisar a respiração mitocondrial da microglia ex vivo. Camundongos machos CF1 foram divididos em dois grupos: animais SHAM, submetidos à anestesia; e animais TCE, submetidos a um protocolo de trauma cranioencefálico severo fechado. Os parâmetros biomecânicos foram profundidade (5 mm), velocidade (5,7 m/s), e tempo de permanência no local (0,1s) Após 24 horas do TCE, os camundongos foram perfundidos e as células microgliais foram isoladas. Os resultados mostraram que não houve mudanças significativas entre os grupos TCE e SHAM nos seguintes parâmetros: capacidade de reserva OxPhos, fluxo N/NS, capacidade de reserva, eficiência fosforilativa, controle de extravasamento e eficiência de acoplamento. No entanto, o potencial de membrana mitocondrial foi comprometido nos animais com TCE, indicando disfunção na formação e dissipação do potencial de membrana. Concluímos preliminarmente que a respiração mitocondrial não é afetada pelo TCE após 24 horas.

Traumatic brain injury (TBI) is an injury to the brain tissue caused by external biomechanical forces, such as direct impacts to the skull, sudden rotational accelerations of the head, or shock waves. In the United States, the Center for Disease Control and Prevention (CDC) estimated 190 daily deaths related to TBI in 2021, while in Brazil, there was an annual average of about 131 thousand hospitalizations associated with TBI between 2009 and 2019. The pathophysiological mechanisms of TBI include axonal injury, caspase activation, mitochondrial dysfunction, and neuroinflammation. These events trigger secondary damage, such as ionic imbalances, bioenergetic dysfunction, and accumulation of neurotoxic proteins, contributing to the progression of neurodegeneration. Microglia, a glial cell in the central nervous system, plays a central role in the immune response and maintenance of cerebral homeostasis. It has two main phenotypes: M1, associated with pro-inflammatory response and predominantly glycolytic metabolism, and M2, related to inflammation resolution and tissue remodeling. Respirometry is a technique that allows the measurement of cellular respiration through a Clark electrode, being crucial for investigating the metabolic processes of microglia and other cells in response to TBI. In this study, male CF1 mice were used to investigate the effects of TBI on the bioenergetic activity of microglia. A respirometry protocol was developed to analyze the mitochondrial respiration of microglia ex vivo. Mice were divided into two groups: SHAM animals, subjected to anesthesia, and TBI animals, subjected to a severe closed-head injury protocol. Biomechanical parameters were depth (5 mm), velocity (5.7 m/s), and dwell time (0.1s). Twenty hours after the TBI, mice were perfused, and microglial cells were isolated. The results showed no significant changes between the TBI and SHAM groups in the following parameters: OxPhos reserve capacity, N/NS flux, reserve capacity, phosphorylative efficiency, leak control, and coupling efficiency. Nevertheless, mitochondrial membrane potential was compromised in TBI animals, indicating dysfunction in the formation and dissipation of the membrane potential. Thus, we conclude that mitochondrial respiration is not affected by TBI after 24 hours.