Los científicos han descubierto una clave para descubrir el misterio de los trastornos cerebrales degenerativos como la enfermedad de Alzheimer.

Los científicos han desarrollado NeuM, una técnica de etiquetado neuronal que permite un seguimiento detallado de la estructura neuronal. Monitoreo exitoso de cambios neurológicos por hasta 72 horas.

enfermedad de alzheimer La enfermedad de Parkinson, la enfermedad de Parkinson y el accidente cerebrovascular son la tríada principal de afecciones neurodegenerativas. Estos trastornos se caracterizan por la disfunción y deterioro progresivo de las células nerviosas, las neuronas. Para comprender los mecanismos subyacentes de estas afecciones neurológicas y formular tratamientos, es fundamental contar con técnicas de etiquetado que permitan la visualización de cambios neuronales tanto en condiciones sanas como patológicas.

Un equipo de investigación dirigido por el Dr. Kim Yeon-kyung del Instituto de Ciencias del Cerebro del Instituto Coreano de Ciencia y Tecnología (kist, en colaboración con el equipo del profesor Zhang Yong-tai de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang, anunció el desarrollo de una tecnología de etiquetado neuronal de próxima generación llamada NeuM. NeuM (membranas neuronales selectivas) etiqueta selectivamente las membranas neuronales, visualizando estructuras neuronales y permitiendo el seguimiento en tiempo real de los cambios neuronales.

Los investigadores del equipo del Dr. Kim Yun-kyung en KIST están utilizando la tecnología de etiquetado neuronal de próxima generación, NeuM, para visualizar neuronas en tiempo real y examinar imágenes de alta resolución. Crédito: Instituto Coreano de Ciencia y Tecnología

Las neuronas modifican continuamente su estructura y función para transmitir información desde los órganos sensoriales al cerebro y organizar pensamientos, recuerdos y comportamientos. Por tanto, para superar las enfermedades neurodegenerativas, es necesario desarrollar técnicas que etiqueten selectivamente neuronas vivas para su seguimiento en tiempo real. Sin embargo, las técnicas actuales de etiquetado basadas en genes y anticuerpos, que se utilizan comúnmente para monitorear las neuronas, sufren un declive. Exactitud El seguimiento a largo plazo es difícil debido a su dependencia de la expresión genética o de proteínas específicas.

Ventajas y capacidades de NeuM

NeuM, desarrollado por el equipo de investigación a través del diseño molecular de neuronas, tiene una excelente afinidad por las membranas neuronales, lo que permite el seguimiento a largo plazo y la obtención de imágenes de alta resolución de las neuronas. Los sensores fluorescentes dentro de NeuM se adhieren a las membranas neuronales utilizando la actividad de las células vivas y emiten señales fluorescentes tras la excitación de longitudes de onda de luz específicas. Esta visualización de las membranas de las células neuronales permite la observación detallada de las estructuras de las terminales nerviosas y el seguimiento de alta resolución de la diferenciación y las interacciones neuronales.

Diseño molecular para marcaje selectivo de membranas neuronales. Crédito: Instituto Coreano de Ciencia y Tecnología

NeuM, como la primera tecnología para teñir membranas celulares mediante endocitosis en neuronas vivas, muestra reactividad selectiva hacia las células vivas, excluyendo las células muertas sin internalización. Además, el equipo de investigación logró ampliar el tiempo de seguimiento de las neuronas de apenas 6 horas a 72 horas, lo que permitió capturar cambios dinámicos en las neuronas vivas durante un período prolongado en respuesta a los cambios ambientales.

Se espera que NeuM proporcione información sobre la investigación y el desarrollo de tratamientos para enfermedades neurodegenerativas, para las que actualmente no existe cura. Estas enfermedades, incluida la enfermedad de Alzheimer, son el resultado del daño a las células nerviosas debido a la producción de proteínas tóxicas como el amiloide y la afluencia de sustancias inflamatorias. Un seguimiento estrecho de NeuM para detectar cambios neurológicos puede facilitar eficazmente la evaluación de compuestos terapéuticos candidatos.

«El NeuM, que se ha desarrollado esta vez, puede distinguir entre neuronas envejecidas y degeneradas, convirtiéndose en una herramienta crucial para dilucidar los mecanismos de los trastornos cerebrales degenerativos y desarrollar tratamientos», dijo el Dr. Kim. También añadió: «En el futuro, planeamos mejorar NeuM para un análisis más preciso de las neuronas mediante el diseño de longitudes de onda fluorescentes para distinguir colores como el verde y el rojo».

Referencia: “NeuM: una sonda selectiva de neuronas incorporada a membranas neuronales vivas mediante endocitosis mejorada mediada por clatrina en neuronas primarias” por Yoonsik Song, Lizaveta Gotina, Kyu-Hyun Kim, Jung-Yul Lee, Solji Shin, Hira Aziz, Dong- Min Kang, Xiao 7 de diciembre de 2023, 7 de diciembre de 2023 Angewandte Chemie Edición Internacional.
doi: 10.1002/anie.202312942

Esta investigación fue apoyada por el Ministerio de Ciencia y TIC (Ministro Lee Jung-ho) a través de Grandes Proyectos KIST y el Proyecto Superación de la Demencia (RS-2023-00261784).