Cerdanyola del Vallès, 28 de enero de 2019. 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 las causas de esta enfermedad en el 90% de los casos. Sin embargo, una parte de ellos se dan por una mutación del gen sod1. Este gen codifica una enzima (la SOD1) que se encarga de proteger a la célula contra el estrés oxidativo. Cuando hay mutación genética, las propiedades bioquímicas de SOD1 se alteran, concretamente su afinidad de unión a metales y su capacidad antioxidante. Pero aún se desconoce cómo esta mutación bloquea la función celular normal y conduce a la muerte de las neuronas motoras.
El Sincrotrón ALBA, en colaboración con los investigadores Pavle Andjus y Stefan Stamenković (que realizó su tesis doctoral con estos resultados) de la Universidad de Belgrado, y Vladan Lučić del Instituto de Bioquímica Max Planck (Alemania), ha estudiado los cambios celulares estructurales y bioquímicos de esta mutación genética en un modelo animal transgénico de ELA. En particular, los científicos analizaron 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 complementarias 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.
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 crio-fluorescencia de rayos X en el sincrotrón Advanced Photon Source (EEUU). 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, una enfermedad sin cura y sin tratamiento efectivo
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.
La ELA forma parte de un grupo de trastornos conocidos como enfermedades de las neuronas motoras. Las neuronas motoras son células nerviosas que comunican el cerebro con los músculos voluntarios. La mayoría de las personas con ELA mueren por insuficiencia respiratoria, generalmente a los 3-5 años después de la aparición de los síntomas. Sin embargo, aproximadamente el 10 por ciento de las personas con ELA sobreviven durante 10 años o más. Por ejemplo, éste fue el caso del científico Stephen Hawking que vivió con la enfermedad durante más de 50 años.
En verano de 2014, la campaña del reto del cubo de agua helada que se hizo viral en redes sociales generó una gran conciencia sobre esta enfermedad con más de 17 millones de videos subidos a Internet y la donación de 115 millones de dólares a la Asociación Americana de ELA.
Figura: Resultados de la combinación de técnicas basadas en luz de sincrotrón donde se analizan astrocitos intactos de ELA del modelo animal transgénico hSOD1 G93A. Arriba a la izquierda, la micro-espectroscopia de infrarrojo mediante transformada de Fourier indica el estrés oxidativo en las células de astrocitos. Arriba a la derecha, mapas de crio-fluorescencia de rayos X muestran la distribución de metales. Debajo, la tomografía de rayos X y su reconstrucción 3D muestran los cambios estructurales.
Los investigadores Tanja Dučić yStefan Stamenković durante el experimento en ALBA, en la línea de luz MIRAS (a la izquierda) y en el laboratorio de biología de ALBA (a la derecha).
