El Alzheimer podría tratarse en el futuro con láseres de alta energía

Las fibrillas amiloides son un tipo de proteínas/péptidos auto-ensamblados que toman una formación apilada en forma de lámina.

Se sabe que los agregados de fibrillas amiloides son la causa de varias enfermedades, incluyendo el Alzheimer, y por lo tanto, es de inmenso interés científico entender cómo se pueden romper estos agregados.

Algunos tipos de fibrillas amiloides también juegan un papel en la regulación de la expresión de genes en algunos organismos.

Se piensa asimismo que los formatos similares a la fibra que aparecen en estos agregados actúan como andamios en los que cultivar biomateriales.

Por lo tanto, una técnica adecuada para la descomposición o “disociación” de las fibrillas de la proteína amiloide es fundamental desde la perspectiva del tratamiento médico, la modificación de las estructuras y funciones biológicas e incluso la ingeniería de biomateriales.

Un grupo de colaboración de científicos japoneses del Centro de Investigación del Láser de Electrones Libres de la Universidad de Ciencias de Tokio y del Instituto de Investigación Científica e Industrial de la Universidad de Osaka, integrado por el Dr. Takayasu Kawasaki, el Prof. Koichi Tsukiyama y el Prof. Akinori Irizawa, ha demostrado que un láser de electrones libres (FEL) en el infrarrojo lejano, llamado FIR-FEL, puede utilizarse para descomponer los agregados de proteína amiloide, lo que constituye un testimonio del poder de la investigación científica interdisciplinaria.

Este estudio ha sido publicado recientemente en Scientific Reports.

Kawasaki afirma: “Queríamos demostrar la aplicabilidad de los fuertes láseres de electrones libres en las ciencias de la vida, y esta investigación interdisciplinaria lo ha hecho posible“.

En estudios anteriores se ha investigado la disociación de las fibrillas amiloides, pero con un éxito limitado y resultados mixtos.

Debido a que su disociación en el agua es difícil, se han explorado métodos físicos de disociación en el pasado.

Los láseres y la radiación electromagnética se han utilizado para la fabricación y la alteración estructural/funcional de materiales químicos y biológicos.

Entre los láseres, el FIR-FEL se ha estudiado muy escasamente, aunque tiene un alto poder de penetración y es bien absorbido por los sistemas biológicos.

También se utiliza en la obtención de imágenes de tejidos, el diagnóstico del cáncer y los estudios de biofísica.

Kawasaki explica: “Nuestro estudio muestra por primera vez que el FIR-FEL también es útil para descomponer la estructura de los agregados fibrilares de las proteínas”.

Para su estudio, los investigadores utilizaron el péptido DFKNF como modelo porque el vínculo entre su fibrilación y la patogénesis ya está establecido.

Este péptido se auto-ensambla en una lámina fibrilar.

Encontraron que el FIR-FEL dañó la conformación de la lámina rígida β (una de las pocas estructuras que las proteínas asumen) del péptido creando pequeños agujeros en la película del péptido.

Los investigadores encontraron que FIR-FEL también interrumpe los enlaces de hidrógeno entre las láminas β adyacentes en la fibrilla y da lugar a péptidos libres. Esto se conoce como disociación.

Kawasaki y el equipo comprobaron entonces los cambios conformacionales en la fibrilla del péptido después de la irradiación con FIR-FEL, analizando las proporciones de 4 tipos de estructuras secundarias de los péptidos (α-helix, β-sheet, β-turn, y otros).

Encontraron que la proporción de la conformación de la lámina β se redujo drásticamente, lo que sugiere que la estructura rígida en forma de lámina de la fibrilla resultó interrumpida.

Kawasaki afirma que un estudio anterior también había encontrado que el infrarrojo medio (MIR)-FEL era efectivo en este sentido.

“Comparamos los efectos del MIR-FEL con los del FIR-FEL”, dice Kawasaki, “y encontramos que aunque el MIR-FEL causó cambios conformacionales en los agregados de la fibrilla, no descompuso las fibrillas tan afectivamente como lo hizo el FIR-FEL“.

Utilizando la microscopía electrónica de barrido y técnicas de tinción con colorantes, los investigadores también confirmaron que el FIR-FEL causa cambios morfológicos en las fibrillas.

Kawasaki dice que: “Debido a que los péptidos de las fibrillas amiloides están involucrados en la regulación de las funciones biológicas así como en las patologías, las técnicas de modificación física (como FIR-FEL) también podrían ser utilizadas para alterar las funciones biológicas de estas macromoléculas según sea necesario“.

Como FIR-FEL es más eficaz que MIR-FEL, FIR-FEL puede utilizarse para destruir las fibrillas amiloides en el interior de los tejidos, como en el caso de la enfermedad de Alzheimer, mientras que MIR-FEL puede utilizarse para eliminar los amiloides dérmicos en la superficie de la piel.

Además, debido a que las proteínas de las fibrillas actúan como andamios para los materiales biocompatibles, FIR-FEL podría utilizarse en ingeniería de biomateriales en medicina regenerativa o en sistemas de suministro de medicamentos con nano portadores.

Para concluir, Kawasaki afirma elocuentemente:

“Por primera vez en el mundo, hemos descubierto que un agregado rígido de fibrillas amiloides puede descomponerse eficazmente utilizando un láser de electrones libres en la región de terahercios (longitud de onda de 50-100 micrómetros).

Nuestro siguiente paso sería entender cómo FIR-FEL afecta a los diferentes tipos de fibrillas peptídicas.

Nuestra investigación puede impulsar el desarrollo de nuevos tratamientos para enfermedades intratables como el Alzheimer.

También podría ayudar al desarrollo de nuevos métodos para manipular la estructura de los materiales biocompatibles“.

Fuente: Noticias de la Ciencia