Un equipo de investigadores del Hospital General de Massachusetts (MGH) y el Instituto Rowland de la Universidad de Harvard han utilizado una nanosensda especializada desarrollada por los investigadores de Harvard / Rowland para medir directamente los niveles de proteínas clave en la vida. células cultivadas. Como se describe en la revista Nano letras , Los investigadores utilizaron el dispositivo para rastrear los niveles de las proteínas beta amiloide (A-beta) y tau asociadas a la enfermedad de Alzheimer en neuronas y otras células expuestas a un anestésico que se sabe que produce cambios similares a los de la enfermedad de Alzheimer en el cerebro de los ratones. Sus resultados apoyan la opinión de que la generación de A-beta es uno de los primeros pasos que conducen a la neurodegeneración característica de la enfermedad de Alzheimer.

"Para estudiar la dinámica de A-beta y tau, necesitábamos una forma de activar la expresión de ambas proteínas y una herramienta para rastrear los cambios dinámicos de la expresión de proteínas, "dice el autor principal Feng Liang, Doctor, investigador del Rowland Institute.

En 2008, Algunos de los miembros del MGH del equipo actual demostraron que el isoflurano anestésico indujo cambios característicos observados en la enfermedad de Alzheimer, incluida la activación de las enzimas de muerte celular y la generación de A-beta, en células cultivadas y en cerebros de ratones. En 2014, los investigadores de Harvard / Rowland demostraron la capacidad de su nanodispositivo para detectar niveles de proteínas intracelulares en seres vivos, células cultivadas. El estudio actual fusiona ambos logros para investigar una cuestión clave con respecto al mecanismo de la enfermedad de Alzheimer:si la generación de A-beta precede o sigue a la generación de la forma anormal de tau que caracteriza la enfermedad.

La punta del dispositivo desarrollado por los investigadores de Harvard / Rowland mide alrededor de 50 nanómetros (mil millonésimas de metro) de ancho, aproximadamente 200 veces más pequeño que una sola celda. Una nanovarilla de oro integrada sirve como biosensor para lo que se llama resonancia de plasmón superficial, una oscilación de electrones en respuesta a una señal de luz que puede generar una lectura óptica que refleja las señales de unión a proteínas. Los anticuerpos que se dirigen a proteínas específicas se pueden integrar en la sonda para dar medidas específicas de los niveles de proteínas. El equipo demostró por primera vez que era posible utilizar la sonda de punta de fibra nanoplásmica (nFTP) para cuantificar los niveles de proteínas en células individuales sin afectar su vitalidad y viabilidad.

Usando el dispositivo nFTP, los investigadores luego rastrearon los niveles cambiantes de A-beta y la forma de tau asociada con el Alzheimer. que se caracteriza por un exceso de moléculas de fosfato, en células cultivadas que habían sido tratadas con isoflurano. Las lecturas indicaron que el aumento de la expresión de A-beta precedió al aumento de los niveles de tau fosforilada en varias horas. El equipo luego demostró que, mientras que el bloqueo de la expresión de A-beta redujo los niveles de tau, el bloqueo de tau no impidió el aumento inicial de A-beta. Sin embargo, sin expresión de tau fosforilada, Los niveles de A-beta finalmente comenzaron a caer, sugiriendo una secuencia en la que la generación A-beta estimula la fosforilación de tau, que promueve una mayor generación de A-beta.

"Hemos llevado el inmunoensayo tradicional a células vivas con una sensibilidad exquisita, "dice Qimin Quan, Doctor, becario junior en el Rowland Institute y coautor correspondiente de la Nano letras reporte. "El dispositivo todavía tiene una capacidad limitada para medir una gran cantidad de celdas individuales, requiriendo mejoras adicionales. Pero su alta sensibilidad, la capacidad sin etiquetas y de una sola celda lo convierte en una herramienta única para diagnosticar muestras limitadas obtenidas clínicamente ".

Zhongcong Xie, MARYLAND, Doctor, director de la Unidad de Investigación de Anestesia Geriátrica en el Departamento de Anestesia del MGH, Medicina del dolor y cuidados intensivos y coautor del estudio, agrega, "Cada año, aproximadamente 8,5 millones de pacientes con enfermedad de Alzheimer necesitan anestesia y atención quirúrgica en todo el mundo. Aprender cómo afecta la anestesia a los mecanismos detrás de la enfermedad de Alzheimer requerirá la colaboración entre especialistas en anestesia, neurología e ingeniería. Es más, este uso de un anestésico y del dispositivo nFTP para medir las interacciones entre A-beta y tau es solo un primer paso ". Xie es profesor de Anestesia en la Facultad de Medicina de Harvard.