Más de 24 millones de personas en todo el mundo padecen enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer, Parkinson o Huntington. Hasta ahora, las causas moleculares de estas enfermedades se han investigado poco. Un equipo de científicos de la Universidad de Leipzig y la Universidad Técnica de Dresde, así como el Instituto Kurt Schwabe Meinsberg, ahora está investigando estos mecanismos moleculares con nuevos enfoques, y ha desarrollado una técnica que involucra una trampa de moléculas térmicas. Los investigadores han publicado sus hallazgos en Métodos de la naturaleza .

Los investigadores asumen que la causa de estas enfermedades neurodegenerativas es la agregación de pequeñas moléculas de proteínas llamadas péptidos. Los péptidos suelen realizar diferentes tareas en el cuerpo con su estructura tridimensional especial. Por ejemplo, actúan como hormonas, están involucrados en el transporte de sustancias a través de la membrana celular, y tienen funciones antibióticas y antivirales. Sin embargo, cuando los péptidos se unen para formar pequeños agregados o incluso estructuras insolubles más grandes llamadas placas o amiloides, su función original se pierde, y los agregados de péptidos pueden ser tóxicos.

La forma en que los péptidos individuales se vuelven agregados más pequeños y finalmente fibrillas no es clara y experimentalmente difícil de observar. Incluso el crecimiento de fibrillas no se ha resuelto suficientemente ya que casi todos los estudios anteriores solo se han realizado para grandes cantidades de moléculas formadas por una mezcla de péptidos, agregados y fibrillas de diferentes tamaños.

Los investigadores han ideado nuevos enfoques explicativos:"Al examinar mezclas de moléculas individuales, agregados y fibrillas por sus propiedades, se obtiene una imagen de muchos efectos superpuestos. Un paso importante hacia una comprensión detallada a nivel molecular es estudiar el crecimiento de las fibrillas amiloides individuales, "explica el Prof. Dr. Frank Cichos, jefe del proyecto en la Universidad de Leipzig.

Usando su trampa térmica recientemente desarrollada, los investigadores atraparon fibrillas individuales en soluciones fisiológicas durante varias horas bajo el microscopio y por primera vez, observó el crecimiento de la fibrilla, su ruptura y el mayor crecimiento de los fragmentos. "Desarrollar una técnica para este propósito fue una tarea complicada. Las moléculas en los líquidos se mueven constantemente debido a la temperatura del líquido. Este llamado movimiento browniano las expulsa rápidamente de nuestro campo de observación, y solo podemos observar fibrillas individuales durante muy poco tiempo, "dice Martin Fränzl, un candidato a doctorado en el proyecto.

Los investigadores ahora están aprovechando la energía térmica que hace que el movimiento browniano atrape las fibrillas en un pequeño volumen. "Usamos un láser para calentar un pequeño anillo de metal dentro del cual quedan atrapados los agregados. Las diferencias de temperatura resultantes en la solución con los péptidos los llevan en cualquier dirección que especifiquemos, "explica Tobias Thalheim, que trabajó con Martin Fränzl en las trampas térmicas. Pero la captura de los amiloides no es suficiente. La trampa de temperatura controlada también permite a los científicos rastrear y analizar matemáticamente el movimiento de las fibrillas. Con la ayuda del movimiento de rotación de las fibrillas, observaron el cambio en el tamaño de las fibrillas hasta una millonésima de centímetro, y así determinó con precisión su tasa de crecimiento.

"Ahora podemos ver procesos que antes se asumían, pero para el cual no hubo evidencia experimental directa, "explica Cichos. Para el crecimiento de las fibrillas, su rotura debe jugar un papel importante, ya que duplica el número de extremos libres donde continúa el crecimiento. Los experimentos muestran que las fibrillas se rompen y forman así nuevos brotes, que ayudan a que los péptidos se agreguen más rápido. "Ahora hay una multitud de nuevos experimentos que son posibles, y podemos seguir caminos que antes no eran posibles, "dice Cichos.

Prof.Dr. Michael Mertig de la Universidad Técnica de Dresde, director del Instituto Kurt Schwabe de Tecnología de Medición y Sensores e.V. Meinsberg, agrega, "Al mismo tiempo, este trabajo muestra el tremendo potencial en el desarrollo de sistemas de análisis fotónico miniaturizados para diagnósticos médicos ".