En qué se relaciona el Alzheimer con los niveles de un tipo específico de hierro

La medicina moderna ha creído durante mucho tiempo que la acumulación anormal de placa beta amiloide en el cerebro es probablemente la causa principal del Alzheimer, la forma más común de demencia. Sin embargo, cada día se genera más evidencia que sugiere que el hierro en el cerebro también puede desempeñar un papel importante en el desarrollo de esta enfermedad.

Ahora, por primera vez, este estudio reveló que dentro de las mismas regiones del cerebro donde se acumulan las placas de beta amiloide vinculadas al Alzheimer, también hay un aumento en el hierro redox. Eso significa que esta sustancia en estas regiones es más reactivo cuando está en presencia de oxígeno. Las conclusiones de este estudio fueron publicadas en Science Advances.

Nuestro equipo de investigación, que incluye científicos de la Universidad de Texas en Austin y la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, cree que los hallazgos pueden aportar aún más detalles sobre las causas subyacentes del Alzheimer, así como ayudar en la búsqueda de nuevos medicamentos para tratar la enfermedad neurodegenerativa.

El vínculo entre el hierro redox y la enfermedad de Alzheimer ha sido una caja negra. La parte más emocionante para mí es que ahora tenemos una forma de iluminar esta caja negra para que podamos comenzar a comprender todo este proceso con mucho más detalle

Es que hace aproximadamente una década, los científicos descubrieron que la ferroptosis (un proceso corporal que depende de niveles elevados de hierro) conduce a la muerte celular y desempeña un papel clave en enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer.

Al realizar imágenes de resonancia magnética (MRI) en pacientes vivos con Alzheimer, los investigadores observaron que estos pacientes tienden a mostrar niveles más altos de hierro en sus cerebros.

Sin embargo, es importante tener en cuenta que esos métodos no permitían la distinción entre diferentes formas de hierro. En conjunto, estos hallazgos indican que el hierro juega un papel importante en la destrucción de las células cerebrales en los pacientes con Alzheimer.

Para esta última investigación, reunimos sensores fluorescentes basados en ADN capaces de detectar dos formas diferentes de hierro (Fe 2+ y Fe 3+) al mismo tiempo entre cultivos celulares y en cortes de cerebro tomados de ratones genéticamente modificados para imitar Alzheimer.

Uno de los sensores se ilumina en verde para Fe 2+ mientras que el otro se ilumina en rojo para Fe 3+. Este nuevo enfoque es la primera técnica de imagen capaz de detectar simultáneamente ambas formas de hierro en células y tejidos, al mismo tiempo que indica su cantidad y distribución espacial.

Lo mejor de nuestro sensor es que, ahora, podemos visualizar los cambios de Fe 2+ y Fe 3+ y sus proporciones en cada ubicación. Podemos modificar un parámetro a la vez para ver si cambia las placas o los estados oxidativos del hierro.

Esa capacidad puede ayudar a los investigadores a tener una comprensión más clara de por qué hay una mayor proporción de Fe 3+ a Fe 2+ en las placas de beta amiloide, así como si el aumento del redox de hierro juega o no un papel en la formación de las placas.

Otra gran pregunta es si el hierro redox contribuye o no directamente a la muerte de las células del Alzheimer o si es solo un subproducto. Los investigadores estamos listos para explorar esta pregunta en ratones con la enfermedad.

Si investigaciones futuras confirman esta condición, esos hallazgos podrían facilitar una nueva estrategia potencial para el desarrollo de fármacos. Más específicamente, tal vez un tratamiento que cambie la proporción de Fe 3+ a Fe 2+ podría ayudar a proteger las células cerebrales. La nueva sonda de imágenes podría probar la eficiencia con la que los medicamentos posibles funcionan para cambiar la proporción.

Para desarrollar los sensores, contratamos un laboratorio comercial para producir una biblioteca de 100 billones de hebras cortas de ADN mediante un proceso químico llamado síntesis de oligonucleótidos. A continuación, llevamos a cabo un proceso de selección destinado a encontrar hebras que reconozcan, o en términos químicos, se unan estrechamente y realicen una reacción catalítica con una forma específica de hierro y ninguna otra forma.

Finalmente, para completar los sensores, agregamos componentes adicionales que incluyen moléculas llamadas fluoróforos que brillan en un color específico cuando la sonda reconoce la forma particular de hierro.

La enfermedad de Alzheimer es un trastorno cerebral crónico y progresivo que afecta la memoria, el pensamiento y el comportamiento. Es la forma más común de demencia, una condición caracterizada por una disminución de la función cognitiva y pérdida de memoria.

Generalmente comienza con síntomas leves, como olvidos, dificultad para recordar eventos recientes y problemas con el lenguaje. A medida que avanza la enfermedad, los síntomas se vuelven más severos y las personas pueden experimentar cambios en la personalidad y el comportamiento, confusión, dificultad con la comunicación y, finalmente, pérdida de la independencia.

También forma parte del equipo de trabajo: Seyed-Fakhreddin Torabi, Ryan J. Lake, Shanni Hong, Zhengxin Yu, Peiwen Wu, Zhenglin Yang, Kevin Nelson, Weijie Guo, Gregory T. Pawel, Jacqueline Van Stappen, Xiangli Shao y Liviu M. Mirica.

* Yi Lu es autor correspondiente y profesor del Departamento de Química de Universidad de Illinois en Urbana-Champaign y de la Universidad de Texas en Austin, en Estados Unidos. Yuting Wu es coautor del estudio e investigador postdoctoral en el laboratorio de Lu en UT Austin.

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