Los investigadores han desarrollado una nueva técnica de imagen que permite estudiar por qué las proteínas asociadas con las enfermedades de Alzheimer y Parkinson pueden pasar de ser inofensivas a tóxicas. La técnica utiliza una tecnología llamada imagen de super-resolución multidimensional que permite observar cambiosen la superficie de las moléculas de proteínas individuales a medida que se agrupan. La herramienta puede permitir a los investigadores determinar cómo las proteínas se pliegan mal y eventualmente se vuelven tóxicas para las células nerviosas en el cerebro, lo que podría ayudar en el desarrollo de tratamientos para estas enfermedades devastadoras.
Los investigadores, de la Universidad de Cambridge, han estudiado cómo un fenómeno llamado hidrofobicidad falta de afinidad por el agua en las proteínas amiloide beta y alfa sinucleína, que están asociadas con el Alzheimer y el Parkinson, respectivamente, cambia a medida que se adhierenJuntos se había planteado la hipótesis de que había un vínculo entre la hidrofobicidad y la toxicidad de estas proteínas, pero esta es la primera vez que es posible obtener imágenes de hidrofobicidad con una resolución tan alta. Los detalles se informan en la revista Comunicaciones de la naturaleza .
"Estas proteínas comienzan en una forma relativamente inofensiva, pero cuando se agrupan, algo cambia", dijo el Dr. Steven Lee, del Departamento de Química de Cambridge, autor principal del estudio. "Pero utilizando técnicas de imagen convencionales, noha sido posible ver lo que está sucediendo a nivel molecular "
En enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer y el Parkinson, las proteínas de origen natural se pliegan en la forma incorrecta y se agrupan en estructuras similares a filamentos conocidas como fibrillas amiloides y grupos más pequeños y altamente tóxicos conocidos como oligómeros que se cree que dañan o matan neuronas,Sin embargo, el mecanismo exacto sigue siendo desconocido.
Durante las últimas dos décadas, los investigadores han intentado desarrollar tratamientos que detengan la proliferación de estos grupos en el cerebro, pero antes de que se pueda desarrollar dicho tratamiento, primero debe haber una comprensión precisa de cómo se forman los oligómeros y por qué.
"Hay algo especial sobre los oligómeros, y queremos saber qué es", dijo Lee. "Hemos desarrollado nuevas herramientas que nos ayudarán a responder estas preguntas".
Cuando se utilizan técnicas de microscopía convencionales, la física hace que sea imposible acercarse más allá de un cierto punto. Esencialmente, hay un desenfoque innato en la luz, por lo que cualquier cosa por debajo de cierto tamaño aparecerá como una gota borrosa cuando se ve a través de un microscopio óptico, simplementeporque las ondas de luz se propagan cuando se enfocan en un punto tan pequeño. Las fibrillas amiloides y los oligómeros son más pequeños que este límite, por lo que es muy difícil visualizar directamente lo que está sucediendo.
Sin embargo, las nuevas técnicas de súper resolución, que son 10 a 20 veces mejores que los microscopios ópticos, han permitido a los investigadores sortear estas limitaciones y ver los procesos biológicos y químicos a nanoescala.
Lee y sus colegas han llevado las técnicas de súper resolución un paso más allá, y ahora pueden determinar no solo la ubicación de una molécula, sino también las propiedades ambientales de moléculas individuales simultáneamente.
Utilizando su técnica, conocida como sPAINT acumulación de puntos resuelta espectralmente para obtener imágenes en una topografía a nanoescala, los investigadores utilizaron una molécula de tinte para mapear la hidrofobicidad de las fibrillas y oligómeros amiloides implicados en enfermedades neurodegenerativas. La técnica sPAINT es fácil de implementar,solo requiere la adición de un único gradiente de difracción de transmisión en un microscopio de súper resolución. Según los investigadores, la capacidad de mapear la hidrofobicidad a nanoescala podría usarse para comprender otros procesos biológicos en el futuro.
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