Mejora de la imagenología de la enfermedad de Alzheimer con sensores fluorescentes

Los niveles de los neurotransmisores en el cerebro pueden ser indicadores de la salud cerebral y de enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer. Sin embargo, la barrera hematoencefálica (BHE) dificulta el transporte al cerebro de sensores fluorescentes capaces de detectar estas pequeñas moléculas. Ahora investigadores de ACS Central Science demuestran una forma de empaquetar estos sensores para facilitar su paso a través de la BHE en ratones, lo que permite mejorar la obtención de imagenología cerebral. Con un mayor desarrollo, la tecnología podría contribuir a avanzar en el diagnóstico y el tratamiento de la enfermedad de Alzheimer. 

Es habitual que los niveles de neurotransmisores disminuyan con la edad, pero los niveles bajos del neurotransmisor trifosfato de adenosina (ATP) pueden ser un indicio de la enfermedad de Alzheimer. Para medir la localización y la cantidad de ATP en el cerebro, los investigadores han desarrollado sensores fluorescentes a partir de fragmentos de ADN denominados “aptámeros” que se iluminan cuando se unen a una molécula diana. Se han desarrollado métodos para transportar estos sensores del torrente sanguíneo al cerebro, pero la mayoría contienen componentes sintéticos que no pueden atravesar fácilmente la BHE. Para desarrollar sensores de imagenología cerebral en vivo, Yi Lu y sus colegas encapsularon un sensor de aptámero de ATP en vesículas microscópicas derivadas de células cerebrales llamadas “exosomas”. Probaron el nuevo sistema de administración de sensores en modelos de laboratorio de la BHE y en modelos de ratón de la enfermedad de Alzheimer.    

El modelo de laboratorio de la BHE consistía en una capa de células endoteliales sobre una solución que contenía células cerebrales. Los exosomas cargados con sensores de los investigadores fueron casi cuatro veces más eficaces que los sistemas convencionales de administración de sensores a la hora de atravesar la barrera endotelial y liberar el sensor fluorescente en las células cerebrales. Esto se confirmó con la medición del nivel observado de fluorescencia inducida por la unión a ATP. A continuación, el equipo de Lu inyectó modelos de ratón de la enfermedad de Alzheimer con exosomas cargados con el sensor o con sensores libres no cargados. Al medir las señales de fluorescencia en los ratones, los investigadores descubrieron que los sensores libres permanecían principalmente en la sangre, el hígado, los riñones y los pulmones, mientras que los sensores administrados a través de exosomas se acumulaban en el cerebro.  

En modelos de ratón de la enfermedad de Alzheimer, los sensores administrados por exosomas identificaron la localización y la concentración de ATP en distintas regiones del cerebro. Concretamente, observaron niveles bajos de ATP en las regiones del hipocampo, la corteza y el subículo del cerebro, lo que es un indicio de la enfermedad. Los investigadores afirman que sus sensores de ATP reactivo cargados con exosomas son prometedores para la obtención de imagenología cerebral en vivo no invasivas y podrían desarrollarse para crear sensores de una serie de neurotransmisores clínicamente relevantes. 

Los autores agradecen la financiación de la Institutos Nacionales de la Salud (NIH), Fundación Welch, Programa de Capacitación en la Interfaz Química-Biología de los NIH en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign y Beca de Investigación para Graduados de la Fundación Nacional de Ciencias.

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