Imágenes de máxima resolución desvelan cómo las proteínas causan alzhéimer

Investigadores han desarrollado una nueva técnica de imagen que hace posible estudiar por qué las proteínas asociadas con las enfermedades de Alzheimer y Parkinson progresan de inofensivas a tóxicas.

La técnica emplea una tecnología llamada superresolución de imágenes multidimensional que hace posible observar los cambios en las superficies de proteínas individuales a medida que se agrupan.

La herramienta, cuyos detalles se describen en un artículo publicado en Nature Communications, da pie a que los investigadores delimiten cómo las proteínas se pliegan y, de forma eventual, se vuelven tóxicas para las células nerviosas del cerebro, lo que ayuda al desarrollo de tratamientos para estas patologías.

Los investigadores, de la Universidad de Cambridge (Reino Unido), han estudiado cómo un fenómeno llamado hidrofobicidad (falta de afinidad por el agua) en las proteínas beta-amiloide y alfa-sinucleína –asociadas ambas con el Alzheimer y el Parkinson, respectivamente– cambia a medida que se agrupan.

Se había planteado la hipótesis de que existía una relación entre la hidrofobicidad y la toxicidad de estas proteínas, pero ahora se ha obtenido una imagen de la primera a una resolución muy alta.

“Estas proteínas comienzan de una forma relativamente inofensiva pero, cuando se agrupan, algo importante cambia”, ha descrito el autor principal del estudio, Steven Lee, del Departamento de Química de Cambridge. “Pero usando técnicas de imagen convencionales, no ha sido posible ver lo que está pasando a nivel molecular”, ha insistido.

En las enfermedades neurodegenerativas como el alzhéimer y el párkinson, las proteínas de origen natural se pliegan de forma incorrecta y se agrupan en estructuras similares a filamentos conocidas como fibrillas amiloides y grupos más pequeños y muy tóxicos conocidos como oligómeros, que se cree dañan o matan neuronas, pero el mecanismo exacto se desconoce.

Durante las últimas dos décadas, los científicos han tratado de desarrollar tratamientos que detengan la proliferación de estos grupos en el cerebro, pero antes de que se formule cualquier tratamiento de esta índole, primero debe haber una comprensión precisa de cómo se forman los oligómeros y por qué.

“Hay algo especial acerca de los oligómeros, y queremos saber qué es –ha explicado Lee–. Hemos desarrollado nuevas herramientas que nos ayudarán a responder a estas preguntas”.

Más allá del límite de visión borrosa

Cuando se usan técnicas convencionales de microscopía, la física hace imposible acercarse más allá de cierto punto. En lo esencial, hay una visión borrosa innata a la luz, así que cualquier cosa debajo de cierto tamaño aparecerá como una gota borrosa cuando se mira a través de un microscopio óptico, simplemente porque las ondas de la luz se separan cuando están enfocadas en un punto tan pequeño.

Las fibrillas amiloides y los oligómeros se revelan más pequeños que este límite, por lo que resulta muy difícil visualizar, de forma directa, lo que sucede.

Sin embargo, las nuevas técnicas de superresolución, que son de diez a 20 veces mejores que los microscopios ópticos, han permitido a los investigadores superar estas limitaciones y detectar procesos biológicos y químicos a escala nanométrica. Lee y sus colegas han llevado técnicas de superresolución un paso más allá y ahora se muestran capaces no sólo de dar con la ubicación de una molécula, sino también de las propiedades ambientales de otras, individuales, de forma simultánea.

A partir de su técnica, conocida como Spaint (acumulación de puntos resueltos espectralmente para la obtención de imágenes en la topografía a nanoescala), utilizaron una molécula de colorante para correlacionar la hidrofobicidad de las fibrillas amiloides y los oligómeros implicados en enfermedades neurodegenerativas.

La técnica Spaint resulta fácil de implementar, y solo requiere de la adición de un único gradiente de difracción de transmisión en un microscopio de superresolución. Según los investigadores, la capacidad de mapear la hidrofobicidad a escala nanométrica se empleará, asimismo, para entender otros procesos biológicos en el futuro.