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La luz de sincrotrón revela nuevos detalles sobre la esclerosis lateral amiotrófica

Una combinación de técnicas de luz de sincrotrón, llevadas a cabo en la instalación ALBA de Barcelona y en el Advanced Photon Source de Chicago, ha puesto al descubierto aspectos desconocidos sobre los astrocitos, unas células involucradas en la esclerosis lateral amiotrófica. Los resultados revelan diferencias a nivel estructural, químico y macromolecular entre los astrocitos afectados y los sanos.

Arriba a la izquierda, los datos de microespectroscopia de infrarrojo mediante transformada de Fourier indican el estrés oxidativo en los astrocitos. Arriba a la derecha, mapas de criofluorescencia de rayos X muestran la distribución de metales. Debajo, la tomografía de rayos X y su reconstrucción 3D muestran los cambios estructurales. / Tanja Dučić et al

La esclerosis lateral amiotrófica (ELA) es una enfermedad neurodegenerativa letal que causa el progresivo deterioro y muerte de las neuronas que controlan los músculos voluntarios. Actualmente, se desconocen sus causas en el 90% de los casos. Sin embargo, una parte de ellos se dan por una mutación del gen sod1.

El objetivo del estudio es comprender mejor esta enfermedad y así poder contribuir al desarrollo de biomarcadores y futuras estrategias terapéuticas

Investigadores del Sincrotrón ALBA, en colaboración con la Universidad de Belgrado, el Instituto de Bioquímica Max Planck (Alemania) han estudiado los cambios celulares estructurales y bioquímicos de esta mutación genética en un modelo animal transgénico de ELA. En particular, han analizado los astrocitos, un tipo de células cerebrales que son actores clave en los procesos patológicos de esta enfermedad.

El objetivo final del estudio, publicado en la revista Analytical Chemistry, es “comprender mejor esta enfermedad y así poder contribuir al desarrollo de biomarcadores y futuras estrategias terapéuticas", según Tanja Dučić, primera autora y científica de la línea de luz MIRAS en el Sincrotrón ALBA.

Durante los experimentos, los científicos combinaron tres métodos de luz de sincrotrón para descubrir las alteraciones estructurales, químicas y macromoleculares en los astrocitos de ELA en su forma nativa. Los hallazgos muestran que los astrocitos de ELA presentaban agregados compuestos de alteraciones lipídicas y concentraciones significativas de cobre, lo que se vincula al estrés oxidativo. Estos métodos no requieren una preparación biológica diferente y las células del mismo cultivo pueden observarse de modo correlativo o complementario.

Técnicas de luz de sincrotrón para conocer el interior de las células

Este experimento ha combinado con éxito diferentes técnicas de imagen y espectroscopia con luz de sincrotrón, complementando los resultados y obteniendo una comprensión global de los astrocitos de ELA. Además, éste ha sido el primer experimento en el que células primarias (los astrocitos) se cultivaron en el laboratorio de biología del Sincrotrón ALBA para después ser analizados en las líneas de luz.

Los científicos encontraron en los astrocitos de ELA la presencia de agregados que contenían una gran cantidad de membranas lipídicas

Para ver los cambios en la estructura de las células, se realizaron experimentos en la línea de luz MISTRAL, dedicada a la microscopía de rayos X. Una de las ventajas de esta técnica es que "las células se congelan rápidamente, por lo que se mantienen en su estado original, sin tratarlas químicamente o manipularlas, lo que permite obtener información muy valiosa sobre cómo se comportan en su estado natural", dice Tanja Dučić. Los científicos encontraron en los astrocitos de ELA la presencia de agregados que contenían una gran cantidad de membranas lipídicas.

Para conocer la distribución y la composición de estas membranas lipídicas, se llevaron a cabo estudios de microspectroscopia de infrarrojo en la línea de luz MIRAS, también en ALBA. De esta forma, pudieron localizar en qué parte de las células se daba estrés oxidativo. Además, constataron había falta de colina en los astrocitos de ELA, lo que es coherente con el estrés oxidativo.

Por último, se investigó la composición de elementos traza con criofluorescencia de rayos X en el sincrotrón Advanced Photon Source (Chicago, EE UU). Tanja Dučić y el investigador Barry Lai, encontraron que la concentración de cobre era significativamente mayor en los astrocitos de ELA. Este hecho, junto con una disminución en el número de mitocondrias, y el mal funcionamiento de la proteína SOD1, puede ser responsable del estrés oxidativo.

La ELA es la tercera enfermedad neurodegenerativa, después de la demencia y el Parkinson. En España, hay más de 3.000 personas con ELA y tres nuevos casos aparecen cada día, según la Sociedad Española de Neurología.

Referencia bibliográfica:

Tanja Dučić, Stefan Stamenković, Barry Lai, Pavle Andjus, Vladan Lučić. "Multimodal Synchrotron Radiation Microscopy of Intact Astrocytes from the hSOD1 G93A Rat Model of Amyotrophic Lateral Sclerosis". Analytical Chemistry 2019, 91, 2, 1460-1471

Fuente: Sincrotrón ALBA
Derechos: Creative Commons
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