Ricerche

Degli scienziati hanno sviluppato per la prima volta una simulazione al computer che mostra come i ciuffi di proteine difettose tipici delle malattie neurodegenerative (come l'Alzheimer) si diffondono attraverso il cervello, per lo più in modalità invisibile, per un periodo di 30 anni.

"Speriamo che la capacità di modellare i disturbi neurodegenerativi possa ispirare test diagnostici migliori e, alla fine, dei trattamenti per rallentare i loro effetti", ha detto Ellen Kuhl, ingegnere meccanico della Università di Stanford, che ha descritto il lavoro in un articolo del 12 ottobre scorso in Physical Review Letters, insieme al co-autore Johannes Weickenmeier dello Stevens Institute of Technology e ad Alain Goriely della Oxford University.

Le simulazioni si concentrano su Alzheimer, Parkinson e sclerosi laterale amiotrofica (SLA, o malattia di Lou Gehrig), ma i ricercatori ritengono che la loro tecnica possa esseree allargabile ad altri disturbi cerebrali che coinvolgono proteine ​​malformate, compresa l'encefalopatia traumatica cronica.

Segui le proteine

Il gruppo sapeva che ognuna delle tre malattie che stava studiando produce elementi caratteristici di proteine ​​difettose e mal ripiegate che si accumulano nel cervello. Per vedere come quei blocchi tossici si diffondono nel tempo, la Kuhl e i suoi colleghi hanno esaminato porzioni di cervello prelevate da persone che sono morte dopo aver sviluppato una delle tre malattie. Ricercatori precedenti avevano marcato quelle sezioni del cervello per rivelare la presenza delle varie proteine ​​di interesse.

Dopo aver messo i dati risultanti in un computer, il gruppo della Kuhl ha anche costruito il modello matematico per simulare lo schema di diffusione delle proteine ​​difettose, che passano da ammassi relativamente sparsi nella fase precoce della malattia, a aggregati molto più diffusi nella malattia avanzata, un processo che può richiedere fino a 30 anni.

"Immagina un effetto domino", ha detto la Kuhl, che fa parte dello Stanford Neurosciences Institute e dello Stanford Bio-X. "Il nostro modello produce i collegamenti matematici tra i punti di dati statici, per mostrare la progressione della malattia con un dettaglio senza precedenti".

Nel caso dell'Alzheimer, gli scienziati hanno modellato la progressione di due proteine ​​che si ripiegano male (amiloide-beta e tau), mentre entrambe cambiano forma e formano aggregati tossici nel cervello delle persone con la malattia. I ricercatori precedenti avevano marcato entrambe le proteine nelle sezioni di cervello ​​e, con il nuovo modello, il gruppo della Kuhl è riuscito a creare 2 simulazioni che mostrano il modo diverso in cui si diffonde ciascuna delle due caratteristiche tossiche di questa malattia.

Diffusione del difetto

I neuroscienziati non sanno esattamente come un gruppo di proteine ​​difettose colpisce i suoi vicini per diffondere il misfolding (=errata piegatura), sebbene la Kuhl abbia detto che ci sono tre teorie prevalenti. La virtù del modello, ha detto, è che predice il percorso della malattia indipendentemente da quale teoria è corretta.

La Kuhl ora progetta di lavorare con i neuroscienziati per capire meglio i meccanismi dell'errata piegatura delle proteine. Queste informazioni migliorerebbero il loro modello e forse porteranno a modi migliori per diagnosticare la malattia mentre è ancora in modalità invisibile. "La vera sfida è che la morte cellulare provocata da proteine ​​tossiche avviene anni, se non decenni, prima che i primi sintomi iniziano ad apparire", ha detto la Kuhl.

La ricercatrice ha anche intenzione di rendere disponibile gratuitamente ad altri scienziati il software di modellazione, ripetendo ciò che ha fatto un decennio fa con modelli simili per studiare il cuore, lavoro ora noto come Living Heart Project. Oggi, ha detto la Kuhl, più di 150 laboratori accademici e commerciali utilizzano il software Living Heart per testare procedure chirurgiche o dispositivi di progettazione come le valvole cardiache. Il software del cervello sarà conosciuto come Living Brain Project.

"Dato l'invecchiamento della popolazione, entro la metà del secolo ci saranno 135 milioni di persone in tutto il mondo con una qualche forma di demenza", ha detto la Kuhl. "Dobbiamo trovare nuovi modi per stimolare la ricerca verso la diagnostica e gli interventi, e la modellazione al computer può avere un ruolo chiave per identificare nuovi bersagli terapeutici".