Cerdanyola del Vallès, 28 de gener de 2019. L'esclerosi lateral amiotròfica (ELA) és una malaltia neurodegenerativa letal que causa el progressiu deteriorament i mort de les neurones que controlen els músculs voluntaris. Actualment es desconeixen les causes d'aquesta malaltia en el 90% dels casos. No obstant això, una part d'ells es donen per una mutació del gen sod1. Aquest gen codifica un enzim (anomenat SOD1) que s'encarrega de protegir la cèl·lula contra l'estrès oxidatiu. Quan hi ha mutació genètica, les propietats bioquímiques del SOD1 s'alteren, concretament la seva afinitat d'unió a metalls i la seva capacitat antioxidant. Però encara es desconeix com aquesta mutació bloqueja la funció cel·lular normal i condueix a la mort de les neurones motores.
El Sincrotró ALBA, en col·laboració amb els investigadors de la Universitat de Belgrad Pavle Andjus i Stefan Stamenkovic (que va realitzar la seva tesi doctoral amb aquests resultats) i Vladan Lučić de l'Institut de Bioquímica Max Planck (Alemanya), ha estudiat els canvis cel·lulars estructurals i bioquímics d'aquesta mutació genètica en un model animal transgènic d'ELA. En particular, els científics van analitzar els astròcits, un tipus de cèl·lules cerebrals que són actors clau en els processos patològics d'aquesta malaltia.
L'objectiu final de l'estudi, publicat a la revista Analytical Chemistry, és "comprendre millor aquesta malaltia i així poder contribuir al desenvolupament de biomarcadors i futures estratègies terapèutiques", segons Tanja Dučić, primera autora i científica de la línia de llum MIRAS al Sincrotró ALBA.
Durant els experiments, els científics van combinar tres mètodes de llum de sincrotró per descobrir les alteracions estructurals, químiques i macromoleculars en els astròcits d'ELA en la seva forma nativa. Les troballes mostren que els astròcits d'ELA presentaven agregats compostos d'alteracions lipídiques i concentracions significatives de coure, el que es vincula a l'estrès oxidatiu. Aquests mètodes no requereixen una preparació biològica diferent i les cèl·lules del mateix cultiu poden observar-se de manera correlativa o complementària.
Tècniques complementàries de llum de sincrotró per conèixer l'interior de les cèl·lules
Aquest experiment ha combinat amb èxit diferents tècniques d'imatge i espectroscòpia amb llum de sincrotró, complementant els resultats i obtenint-ne una comprensió global dels astròcits d'ELA. A més, aquest ha estat el primer experiment en què cèl·lules primàries (els astròcits) es van cultivar al laboratori de biologia del Sincrotró ALBA per després ser analitzats en les línies de llum.
Per veure els canvis en l'estructura de les cèl·lules, es van realitzar experiments en la línia de llum MISTRAL, dedicada a la microscòpia de raigs X. Un dels avantatges d'aquesta tècnica és que "les cèl·lules es congelen ràpidament, de manera que es mantenen en el seu estat original, sense tractar-les químicament o manipular-les, el que permet obtenir informació molt valuosa sobre com es comporten en el seu estat natural ", diu Tanja Dučić. Els científics van trobar en els astròcits d'ELA la presència d'agregats que contenien una gran quantitat de membranes lipídiques.
Per conèixer la distribució i la composició d'aquestes membranes lipídiques, es van dur a terme estudis de micro-espectroscòpia d'infraroig a la línia de llum MIRAS, també a l’ALBA. D'aquesta manera, van poder localitzar en quina part de les cèl·lules es donava l’estrès oxidatiu. A més, van constatar que hi havia una manca de colina (un nutrient) en els astròcits d'ELA, el que és coherent amb l'estrès oxidatiu.
Finalment, es va investigar la composició d'elements traça amb crio-fluorescència de raigs X al sincrotró Advanced Photon Source (EUA). Tanja Dučić i l'investigador Barry Lai van trobar que la concentració de coure era significativament més gran en els astròcits d'ELA. Aquest fet, juntament amb una disminució en el nombre de mitocòndries, i el mal funcionament de l’enzim SOD1, pot ser responsable de l'estrès oxidatiu.
L'ELA, una malaltia sense cura i sense tractament efectiu
L'ELA és la tercera malaltia neurodegenerativa, després de la demència i el Parkinson. A Espanya, hi ha més de 3.000 persones amb ELA i tres nous casos apareixen cada dia, segons la Societat Espanyola de Neurologia.
L'ELA forma part d'un grup de trastorns coneguts com malalties de les neurones motores. Les neurones motores són cèl·lules nervioses que comuniquen el cervell amb els músculs voluntaris. La majoria de les persones amb ELA moren per insuficiència respiratòria, generalment als 3-5 anys després de l'aparició dels símptomes. No obstant això, aproximadament el 10 per cent de les persones amb ELA sobreviuen durant 10 anys o més. Per exemple, aquest va ser el cas del científic Stephen Hawking que va viure amb la malaltia durant més de 50 anys.
A l'estiu de 2014, la campanya del repte de la galleda d'aigua gelada que es va fer viral a les xarxes socials va generar una gran consciència sobre aquesta malaltia amb més de 17 milions de vídeos pujats a Internet i la donació de 115 milions de dòlars a l'Associació Americana d'ELA.
Figura: Resultats de la combinació de tècniques basades en llum de sincrotró on s'analitzen astròcits d'ELA del model animal transgènic hSOD1 G93A. A l'esquerra, mapes de crio-fluorescència de raigs X mostren la distribució de coure. Al centre, la tomografia de raigs X i la seva reconstrucció 3D mostren els canvis estructurals. A la dreta, la micro-espectroscòpia d'infraroig mitjançant transformada de Fourier indica l'estrès oxidatiu en les cèl·lules de astròcits.
Els investigadors Tanja Dučić i Stefan Stamenković durant l'experiment a l'ALBA, a la línea de llum MIRAS (a l'esquerra) i al laboratori de biologia de l'ALBA (a la dreta).
