Los científicos de EPFL han desarrollado herramientas poderosas para desenmascarar la diversidad de fibrillas amiloides, que están asociados con la enfermedad de Alzheimer y otros trastornos neurodegenerativos. Los científicos hicieron el gran avance al desarrollar nanopartículas de oro que se combinan con microscopía electrónica de transmisión criogénica. para proporcionar imágenes de fibrillas rápidas y sin precedentes.

Una de las características de la enfermedad de Alzheimer es la presencia de estructuras en forma de nudos entre las células cerebrales. Se denominan "fibrillas amiloides" y están formadas por el notorio péptido beta amiloide y la proteína Tau. que son dos de los objetivos más buscados para el desarrollo de terapias para tratar el Alzheimer y enfermedades similares.

Tanto la beta amiloide como la Tau se producen normalmente en el cerebro. Sin embargo, estas proteínas pueden comenzar a enredarse entre sí para formar estructuras fibrilares voluminosas. Cuando esto pasa, dan lugar a trastornos como la enfermedad de Alzheimer y otras enfermedades neurodegenerativas.

Las estructuras de fibrillas se diseminan por todo el cerebro al pasar de una célula a otra. Se cree que esto conduce a la degeneración de las neuronas, causando daño cerebral y deterioro cognitivo como pérdida de memoria, y los esfuerzos de investigación se han centrado generalmente en bloquear estos procesos para ralentizar la progresión de la enfermedad.

Ahora sabemos que estas fibrillas amiloides pueden existir en múltiples formas y estructuras que exhiben diferentes propiedades distintas que pueden explicar por qué los pacientes con enfermedad de Alzheimer y Parkinson muestran síntomas clínicos diferentes. Por lo tanto, La captura de esta diversidad y la correlación con los síntomas de la enfermedad en los seres humanos o la actividad biológica de estas especies en modelos de enfermedad tiene implicaciones importantes para comprender los mecanismos de la enfermedad y desarrollar nuevas terapias y diagnósticos.

Dada la importancia de las fibrillas amiloides, se han realizado muchos esfuerzos para visualizarlos con el mayor detalle posible a fin de obtener información sobre su estructura. Desentrañar sus detalles estructurales podría conducir a la detección de puntos débiles que podrían ser objeto de tratamiento y allanar el camino para desarrollar herramientas de diagnóstico más confiables. A pesar de mucho trabajo, sin embargo, la obtención de imágenes y la captura de la diversidad de fibrillas en muestras biológicas ha demostrado ser muy difícil debido a su naturaleza compleja y heterogeneidad.

El camino del oro (nanopartículas)

Ahora, Los científicos de los grupos de Francesco Stellacci e Hilal Lashuel en EPFL han encontrado una solución. En un artículo revolucionario publicado en PNAS , los investigadores muestran que las nanopartículas aniónicas anfifílicas de oro con un diámetro de alrededor de 3 nm, tienen una capacidad única para etiquetar de manera eficiente el borde de las fibrillas amiloides en un estado hidratado. Esto facilita la visualización de las diversas fibrillas de amiloide.

El proyecto de investigación fue dirigido por Ph.D. la estudiante Urszula Cendrowska y el Dr. Paulo J. Silva.

Esto fue posible mediante la obtención de imágenes de las fibrillas decoradas con nanopartículas utilizando una forma especializada de TEM llamada "microscopía electrónica de transmisión criogénica" (cryo-EM). La principal diferencia aquí es que en crio-EM la muestra, aquí las fibrillas, primero se congela rápidamente a una temperatura muy baja y se puede visualizar en su estado "natural" sin tener que ser fijada o teñida de antemano.

Entre la unión altamente eficiente de nanopartículas de oro y las capacidades de cryo-EM, los científicos pudieron obtener imágenes de fibrillas y desenmascarar su diversidad con una claridad sin precedentes. Esto incluyó fibrillas cultivadas en el laboratorio, así como a partir de tejidos post mortem reales de pacientes.

"Nuestros hallazgos revelan una sorprendente diferencia morfológica entre las fibrillas producidas en sistemas libres de células y las aisladas de pacientes, ", dice Stellacci. Esto apoya la opinión actual de que el entorno fisiológico juega un papel importante en la determinación de diferentes tipos de fibrillas amiloides".

"Estos avances allanan el camino para dilucidar la base estructural de las cepas amiloides y la toxicidad, "dice Lashuel." Las nanopartículas son herramientas poderosas y desesperadamente necesarias para obtener imágenes y perfiles rápidos del polimorfismo morfológico amiloide en diferentes tipos de muestras en condiciones criogénicas, especialmente muestras complejas aisladas de agregados patológicos de origen humano ".