Investigadores han desarrollado una nueva herramienta, FibrilPaint combinada con el test FibrilRuler, que permite a los científicos medir directamente la longitud de los fibrilos tóxicos de Tau en pequeñas muestras de fluidos, desde las primeras etapas de agregación hasta los fibrilos maduros e incluso a concentraciones muy bajas. Debido a que los fibrilos de Tau están estrechamente relacionados con el Alzheimer y otras demencias, pero han sido extremadamente difíciles de cuantificar en solución, esta “regla molecular” representa un avance significativo. Funciona en muestras complejas derivadas de pacientes y reconoce selectivamente los fibrilos amiloides de diversas enfermedades neurodegenerativas, lo que permite estudios mucho más precisos sobre cómo estos fibrilos crecen, se rompen y responden a posibles fármacos y, a largo plazo, podría sentar las bases para nuevas herramientas de diagnóstico o biomarcadores que rastreen la progresión de la enfermedad o la respuesta al tratamiento mediante la longitud de los fibrilos.
Un equipo de químicos y bioquímicos ha desarrollado una nueva y potente forma de medir el tamaño de los cúmulos de proteínas vinculados al Alzheimer y otras demencias relacionadas, en pequeñas muestras de fluidos y sin necesidad de una lámina de microscopio. La tecnología, denominada FibrilPaint y el test FibrilRuler, permite a los científicos determinar la longitud de los fibrilos de Tau directamente en solución, incluso a concentraciones muy bajas. El trabajo, liderado por el Prof. Assaf Friedler del Instituto de Química de la Universidad Hebrea y el Prof. Stefan G. D. Rüdiger de la Universidad de Utrecht, se publica en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
La enfermedad de Alzheimer y varios otros trastornos neurodegenerativos están relacionados con la acumulación de cúmulos anormales de la proteína Tau en el cerebro. Estos cúmulos, llamados fibrilos amiloides, crecen y cambian con el tiempo, y se cree que su desarrollo se correlaciona con la progresión de la enfermedad.
“La longitud de los fibrilos de Tau no es un simple detalle, sino un parámetro clave del proceso de la enfermedad”, afirmó el Prof. Friedler. “Hasta ahora, ha sido extremadamente difícil medir el tamaño de los fibrilos directamente en solución, especialmente a las minúsculas concentraciones que se encuentran en muestras biológicas reales.”
La mayoría de los métodos existentes requieren grandes cantidades de material, eliminan los fibrilos de su entorno natural o proporcionan solo información indirecta sobre el tamaño de los fibrilos. Esto ha limitado la capacidad de los científicos para estudiar cómo los fibrilos crecen, se rompen o responden a posibles fármacos y procesos biológicos.
En el corazón de este nuevo enfoque se encuentra FibrilPaint1, un péptido corto de 22 aminoácidos diseñado para actuar como un “marcador fluorescente” altamente selectivo para los fibrilos amiloides en fluidos.
FibrilPaint1 posee una combinación única de propiedades:
- Se une a los fibrilos de Tau con afinidad nanomolar, lo que significa que se adhiere firmemente incluso a concentraciones muy bajas.
- Reconoce precursores muy tempranos, hasta estructuras de solo cuatro capas de grosor, pero
- No se une a los monómeros de Tau, las moléculas de proteína individuales antes de que se agreguen.
- Lleva una etiqueta fluorescente, lo que permite a los investigadores ver y rastrear dónde y cómo se une.
- Reconoce una amplia gama de fibrilos de Tau, incluidos los derivados de pacientes con enfermedad de Alzheimer, degeneración corticobasal (DCB) y demencia frontotemporal (DFT).
- También se une a los fibrilos formados por otros amiloides relacionados con enfermedades, como el Amiloide-β, la α-sinucleína y la huntingtina, mientras
- Permanece altamente selectivo para el estado amiloide con una unión insignificante a agregados amorfos, suero sanguíneo o lisado celular.
“Queríamos una sonda que se comportara como una llave inteligente: que encontrara los fibrilos amiloides, incluidos los muy tempranos, e ignorara el resto del entorno biológico congestionado”, dijo el Prof. Rüdiger. “FibrilPaint1 hace exactamente eso.”
Para convertir esta sonda inteligente en una herramienta cuantitativa, el equipo combinó FibrilPaint1 con una tecnología de microfluidos llamada análisis de dispersión inducida por flujo (FIDA).
En el test FibrilRuler, FibrilPaint1 se une a los fibrilos amiloides en solución. Cuando la muestra fluye a través de una capilaridad microfluídica, la forma en que la señal fluorescente se extiende con el tiempo revela el tamaño efectivo del complejo fibrilo-FibrilPaint. A partir de esto, los investigadores pueden calcular la longitud del fibrilo con “resolución de capa”.
Utilizando esta configuración, el equipo pudo medir longitudes de fibrilos de Tau que oscilan entre solo 4 capas y 1.100 capas en solución, utilizando volúmenes de muestra submicrolítricos. Incluso a bajas concentraciones nanomolares, el método siguió siendo sensible y preciso.
“Es como tener una regla molecular dentro del propio fluido”, explicó el Prof. Friedler. “Ya no necesitamos inmovilizar los fibrilos en una superficie ni depender de grandes cantidades de material. Podemos seguir cómo los fibrilos crecen, se encogen o se fragmentan directamente en solución.”
Debido a que FibrilPaint1 reconoce los fibrilos de Tau derivados de pacientes con múltiples tauopatías y puede funcionar en mezclas biológicas complejas sin adherirse a otros componentes, el test FibrilRuler ofrece una plataforma atractiva tanto para la investigación básica como para futuras aplicaciones clínicas.
En el laboratorio, el método se puede utilizar para:
- Estudiar cómo los fibrilos se alargan o se rompen en diferentes condiciones.
- Probar cómo los fármacos o las vías biológicas modulan la longitud de los fibrilos.
- Comparar las propiedades de los fibrilos entre diferentes enfermedades o muestras de pacientes.
A largo plazo, los investigadores ven un potencial de uso diagnóstico.
“Si podemos medir directamente el tamaño de los fibrilos amiloides en material derivado de pacientes, por ejemplo, en líquido cefalorraquídeo u otras muestras accesibles, podríamos obtener un nuevo tipo de biomarcador para la demencia”, dijo el Prof. Rüdiger. “La longitud de los fibrilos es un parámetro informativo al que ha sido muy difícil acceder hasta ahora.”
“Nuestra visión es que el test FibrilRuler pueda adaptarse a una plataforma de diagnóstico para monitorizar la progresión de la enfermedad o la respuesta al tratamiento mediante el seguimiento del tamaño de los fibrilos a lo largo del tiempo. Si bien esto requerirá un mayor desarrollo y validación, este estudio es un primer paso importante”, añadió el Prof. Friedler.
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