Científicos rusos han creado un modelo del proceso bioquímico que ocurre en las células cerebrales en las etapas iniciales del desarrollo de la demencia senil. 

El experimento confirmó la teoría de que la causa de los trastornos relacionados con la edad es la acción de los radicales libres en las células nerviosas. 

Los avances permitirán diagnosticar patologías como el Alzheimer y el Parkinson en una etapa temprana. Ya es posible probar medicamentos para enfermedades cerebrales relacionadas con la edad en el modelo propuesto. Los resultados de la investigación  apoyada por  subvenciones de  la Russian Science Foundation (RSF)  se publican en  la revista Redox Biology.

 Aproximadamente 50 millones de personas en todo el mundo  sufren de demencia senil . 

En el 1% de los casos, los médicos   notan predisposición hereditaria a la enfermedad. Pero aún se desconoce qué desencadena exactamente el proceso de destrucción de las células nerviosas en la gran mayoría de los casos y por qué algunas personas son más susceptibles que otras. Además, los trastornos mentales relacionados con la edad generalmente se diagnostican después de los 65 años y es difícil reconocer el desarrollo de la demencia a una edad más temprana. 

Al mismo tiempo, los científicos han descubierto durante mucho tiempo que los primeros signos de la enfermedad, como la disminución de la memoria y la capacidad de aprendizaje, van acompañados de estrés oxidativo en las células cerebrales. Ocurre cuando la cantidad de enzimas antioxidantes disminuye en un organismo que envejece y se forma un exceso de radicales libres, especies reactivas de oxígeno que reaccionan con las moléculas de una célula viva, destruyéndola. Hasta ahora, no ha quedado claro si esta es la causa de las enfermedades, su síntoma o la comorbilidad.

Un grupo de científicos del   Instituto de Química Bioorgánica que lleva el nombre de M.M. Shemyakin y Yu.A. Academia Rusa de Ciencias Ovchinnikov (Moscú) recreó el estrés oxidativo controlado en células cerebrales individuales de ratones. Para ello, se creó un virus artificial, que actúa como portador de una construcción genética especial. Proporciona a las neuronas un programa escrito en el ADN, gracias al cual se produce la enzima D-aminoácido oxidasa en los virus. 

En neuronas cultivadas artificialmente infectadas con el virus, los científicos probaron que agregarles D-norvalina provoca la liberación de peróxido de hidrógeno, la molécula de especie reactiva de oxígeno de vida más larga en la célula. Luego, el virus se inyectó en el hipocampo de ratones de laboratorio usando una microjeringa para descubrir qué cambios causa el estrés oxidativo en el cerebro vivo.

Dos semanas más tarde, se tomaron secciones de cerebro de 300 µm de espesor de animales infectados con virus. El análisis de las muestras incluyó un examen microscópico y experimentos electrofisiológicos: los científicos indujeron estrés oxidativo en una neurona en particular y registraron la actividad eléctrica de esa neurona. En todos los casos, hubo una disminución en la plasticidad sináptica: la capacidad de las células nerviosas para fortalecer o debilitar la conexión entre las neuronas y regular la velocidad de transmisión de los impulsos nerviosos. Los científicos asocian esta propiedad de las células con la capacidad de los mamíferos para aprender y recordar.

El modelo del desarrollo de la demencia a nivel celular fue construido por científicos por primera vez y le permite determinar los signos de la enfermedad en una etapa temprana. En el futuro, esto ayudará a diagnosticar la degeneración mental desde el principio, cuando el paciente aún no ha manifestado deterioro cognitivo.

“Lo que hemos hecho con cortes de cerebro es una plataforma lista para probar medicamentos que mejorarían la función de las células nerviosas en condiciones de estrés oxidativo. El próximo paso es obtener evidencia de que este proceso en las células cerebrales conduce al desarrollo de la enfermedad de Alzheimer. Para hacer esto, observaremos a los animales para entender cómo cambian sus funciones cognitivas después de la exposición a nuestro instrumento ”, dice Oleg Podgorny, Candidato a Ciencias Biológicas, Investigador Principal del Instituto de Química Bioorgánica de la Academia Rusa de Ciencias.

El estudio también involucró a científicos de la  Universidad Estatal de Moscú que lleva el nombre de M.V. Lomonosov  (Moscú),  Instituto de Neurología Fundamental del Centro Federal para el Cerebro y las Neurotecnologías de la Agencia Federal de Medicina y Biología  (Moscú),  Universidad Federal de  Kazan (Kazan), Universidad Médica de Investigación Nacional de Rusia que lleva el nombre de N.I. Pirogov  (Moscú),  Instituto de Biología y Biomedicina, Universidad Estatal de Nizhny Novgorod que lleva el nombre de N.I. Lobachevsky  (Nizhny Novgorod), Centro de Edición de Alta Precisión y Tecnologías Genéticas para Biomedicina de la Universidad Nacional Rusa de Investigación Médica. NI Pirogov  (Moscú), Y el Instituto de Actividad Nerviosa Superior y Neurofisiología de la Academia Rusa de Ciencias  (Moscú) junto con colegas de la Universidad de Heidelberg y la Universidad Georg August de Göttingen (Alemania).

Foto 1: Síntesis de la enzima D-aminoácido oxidasa en neuronas del hipocampo de ratón. Sección del cerebro de un ratón que recibió una inyección intracerebral de una construcción genética que codifica la D-aminoácido oxidasa de levadura. Fuente: Oleg Podgorni.

Foto 2: Una cámara de flujo en la que se llevan a cabo experimentos electrofisiológicos sobre secciones supervivientes del cerebro de ratones. Fuente: Oleg Podgorni.

Foto 3: Oleg Podgorny, uno de los autores del trabajo, añade D-aminoácido a un cultivo de neuronas de ratón que sintetizan D-aminoácido oxidasa de levadura para inducir artificialmente la producción de peróxido de hidrógeno en ellas. Fuente: Oleg Podgorni.

Foto 4: Rostislav Sokolov, uno de los autores del trabajo, coloca una sección sobreviviente del cerebro del ratón en una cámara electrofisiológica. Fuente: Oleg Podgorni.

Servicio de Prensa de la Fundación Rusa para la Ciencia