Por primera vez, Los científicos han desarrollado una simulación por computadora de cómo grupos de proteínas defectuosas en enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer se propagan a través del cerebro. la mayor parte del tiempo en modo sigiloso, durante hasta 30 años.

"Esperamos que la capacidad de modelar los trastornos neurodegenerativos inspire mejores pruebas de diagnóstico y, por último, tratamientos para ralentizar sus efectos, "dijo la ingeniera mecánica de Stanford, Ellen Kuhl, quien describe el trabajo en un artículo del 12 de octubre en Cartas de revisión física es coautor con Johannes Weickenmeier del Stevens Institute of Technology y Alain Goriely de la Universidad de Oxford.

Las simulaciones se centran en la enfermedad de Alzheimer, Parkinson y esclerosis lateral amiotrófica (ELA, o enfermedad de Lou Gehrig), pero los investigadores creen que su técnica es lo suficientemente general como para funcionar con otros trastornos cerebrales que involucran proteínas deformadas, incluida la encefalopatía traumática crónica.

Sigue las proteínas

El grupo sabía que cada una de las tres enfermedades que estaban estudiando producía grupos característicos de defectos, proteínas mal plegadas que se acumulan en el cerebro. Para ver cómo esos grupos tóxicos se esparcen con el tiempo, Kuhl y sus colegas observaron cortes de cerebro tomados de personas que murieron después de desarrollar una de las tres enfermedades. Investigadores anteriores habían teñido esas rodajas de cerebro para revelar la presencia de las diversas proteínas de interés.

Cuando el equipo de Kuhl puso los datos resultantes en una computadora, también hicieron el modelo matemático para simular cómo el patrón de proteínas defectuosas se propaga desde los grupos relativamente escasos en las personas que estaban en una etapa temprana de la enfermedad hasta los grupos mucho más extendidos en las personas con la enfermedad avanzada, un proceso que puede llevar hasta 30 años.

"Imagina un efecto dominó, "dijo Kuhl, que forma parte del Instituto de Neurociencias de Stanford y Stanford Bio-X. "Lo que hace nuestro modelo es conectar los puntos entre los puntos de datos estáticos, matemáticamente, para mostrar la progresión de la enfermedad con un detalle sin precedentes ".

En el caso de la enfermedad de Alzheimer, Los científicos modelaron la progresión de dos proteínas de plegamiento incorrecto, conocidas como tau y beta amiloide, las cuales cambian de forma y forman grumos tóxicos en el cerebro de las personas con la enfermedad. Investigadores anteriores habían teñido cortes de cerebro para proteínas y, con el nuevo modelo, El equipo de Kuhl pudo crear dos simulaciones que mostraban la forma diferente en que se propagaban cada una de estas variantes de esa enfermedad.

Difundir el defecto

Los neurocientíficos no saben con precisión cómo un grupo de proteínas defectuosas afecta a sus vecinas para propagar el plegamiento incorrecto. aunque Kuhl dijo que hay tres teorías predominantes. La virtud del modelo, ella dijo, es que predice la trayectoria de la enfermedad independientemente de qué teoría sea la correcta.

Kuhl ahora planea trabajar con neurocientíficos para comprender mejor los mecanismos de cómo las proteínas se pliegan mal. Estos conocimientos mejorarían su modelo y quizás conducirían a mejores formas de diagnosticar la enfermedad mientras todavía está en modo sigiloso.

"El verdadero desafío es que la muerte celular por proteínas tóxicas ocurre años, si no décadas, antes de que empiecen a aparecer los primeros síntomas, "Dijo Kuhl.

Kuhl también planea hacer que el software de modelado esté disponible gratuitamente para otros científicos. repitiendo lo que hizo hace una década con modelos similares para estudiar el corazón, trabajo ahora conocido como Living Heart Project. Hoy dia, Kuhl dijo:más de 150 laboratorios académicos y comerciales están utilizando el software Living Heart para probar procedimientos quirúrgicos o diseñar dispositivos como válvulas cardíacas. El software del cerebro se conocerá como Living Brain Project.

"Dado el envejecimiento de la población, a mediados de siglo, 135 millones de personas en todo el mundo tendrán algún tipo de demencia, ", Dijo Kuhl." Tenemos que encontrar nuevas formas de impulsar la investigación hacia el diagnóstico y las intervenciones, y el modelado informático puede desempeñar un papel clave en la identificación de nuevos objetivos terapéuticos ".