Predecir la propagación de la demencia, Neuron By Neuron - Nuevo programa informático

La edición del 22 de marzo de Neurona revela que un nuevo programa de computadora matemática ha rastreado la forma en que se diseminan diferentes formas de demencia dentro del cerebro humano, y que puede predecir dónde y aproximadamente cuándo ocurre la diseminación en la neurona cerebral de un paciente a una neurona de tóxicos "priónicos" proteínas, que es el mismo proceso en el que se basan todas las formas de demencia.
Los pacientes y sus familias podrían beneficiarse de los hallazgos al ser ayudados a confirmar un diagnóstico de demencia, lo que también les permitiría prepararse para futuras disminuciones cognitivas que sucederán con el tiempo. Según el investigador principal, Ashish Raj, el programa también puede ayudar en el futuro a los médicos a identificar los objetivos cerebrales adecuados para las intervenciones terapéuticas, en un momento en que ya existen medicamentos dirigidos contra la demencia.
El Dr. Ashish Raj Ph.D., profesor asistente de informática en radiología en Weill Cornell Medical College, quien desarrolló el modelo de computadora, explica:

"Piénselo como un sistema de radar meteorológico, que le muestra un video de los patrones del clima en su área durante las próximas 48 horas. Nuestro modelo, cuando se aplica a la exploración de imágenes de resonancia magnética basal de un cerebro individual, de manera similar puede producir un mapa futuro degeneración en esa persona en los próximos años o décadas.
Esto podría permitir a los neurólogos predecir cuál será el estado cognitivo y neuroanatómico del paciente en un momento dado en el futuro. Podrían decir si el paciente desarrollará impedimentos del habla, pérdida de memoria, peculiaridades del comportamiento, etc. El conocimiento de lo que depara el futuro permitirá a los pacientes tomar decisiones informadas sobre su estilo de vida y las intervenciones terapéuticas.
En algún momento, obtendremos la capacidad de apuntar y mejorar la salud de las regiones específicas del cerebro y los tractos de fibras nerviosas. En ese punto, una buena predicción del estado anatómico futuro de un sujeto puede ayudar a identificar regiones objetivo prometedoras para esta intervención. La detección temprana será clave para prevenir y controlar la demencia ".

El modelo de computadora pionero es la evidencia más reciente, así como la más importante para apoyar la idea de que la demencia es causada por proteínas que se diseminan a través del cerebro a lo largo de redes de neuronas.
Amplía los resultados de un estudio ampliamente divulgado sobre la enfermedad de Alzheimer en febrero, en el cual investigadores del Centro médico de la Universidad de Columbia y el Hospital General de Massachusetts descubrieron en ratones modelos que el Alzheimer comienza en un área particular del cerebro, pero luego se diseminan mal, proteínas "tau" tóxicas.
El Dr. Raj describe cómo desarrolló su modelo matemático del flujo de proteínas tóxicas antes de demostrar que el modelo predice con precisión los patrones de degeneración que se producen en varias formas diferentes de demencia.
Él explica que su modelo se basa en el reciente entendimiento de que todas las formas conocidas de demencia están acompañadas, y probablemente causadas por proteínas anormales o "mal plegadas". Todas las proteínas tienen una forma específica que depende de su función particular. Sin embargo, las proteínas deformadas pueden generar efectos tóxicos no deseados, como por ejemplo tau, una proteína mal plegada que se produce en el cerebro de pacientes con Alzheimer y pacientes con demencia temporal frontal (FTD).
TDP43 y ubiquitina son otras proteínas mal plegadas que también se encuentran en FTD, mientras que la alfa sinucleína se encuentra en la enfermedad de Parkinson.
Las proteínas mal plegadas o enfermas evocan a otras proteínas que se pliegan incorrectamente, que tocan en una vía neuronal específica. Por esta razón, estas proteínas se llaman 'priones'.
Se cree que las enfermedades priónicas, como la enfermedad de las vacas locas, que involucran la transmisión de proteínas mal plegadas, son contagiosas de persona a persona. Sin embargo, "no hay evidencia de que el Alzheimer u otras demencias sean contagiosas de esa manera, y es por eso que su transmisión se llama priónica".
El Dr. Raj dice que su modelo de propagación trans-neuronal de proteínas mal plegadas es "muy simple", ya que modela el mismo proceso por el cual cualquier gas se difunde en el aire, mientras que en el caso de las demencias el proceso de difusión ocurre a lo largo en el cerebro.

El Dr. Raj dice:

"Este es un proceso común por el cual cualquier proteína causante de enfermedad puede resultar en una variedad de demencias".

El modelo identifica las subredes neuronales en el cerebro en las que las proteínas mal plegadas se acumularán antes de pasar a otras áreas del cerebro que están conectadas por redes de neuronas. Las proteínas cambian la función de todas las áreas del cerebro que visitan durante este proceso.
El Dr. Raj comenta:

"Lo que es nuevo y realmente notable es el modelo de difusión de red, que actúa en la red de conectividad cerebral normal y logra reproducir muchos aspectos conocidos de los patrones de enfermedad cerebral en las demencias. Esto proporciona una explicación muy simple de por qué aparecen diferentes demencias. enfocarse en áreas específicas del cerebro ".

Raj logró combinar los patrones del modelo de difusión que rastreó la asignación de proteínas en un cerebro sano con los patrones de atrofia cerebral observados en pacientes con enfermedad de Alzheimer o FTD.
La degeneración del cerebro se midió con resonancias magnéticas y otras herramientas que podían cuantificar el volumen de volumen cerebral perdido en cada región del cerebro del paciente. Amy Kuceyeski, Ph.D., coautora y becaria postdoctoral que trabaja con el Dr. Raj, ayudó a evaluar las mediciones del volumen cerebral de los cerebros enfermos del paciente.
El Dr. Raj concluye:

"Nuestro estudio demuestra que tal mecanismo de propagación conduce directamente a los patrones observados de atrofia que se observa en varias demencias.Si bien los patrones clásicos de la demencia son bien conocidos, este es el primer modelo en relacionar las propiedades de la red cerebral con los patrones y explicarlos de una manera determinista y predictiva ".

Escrito por Petra Rattue