Los niveles de neurotransmisores, o segundos mensajeros, en el cerebro pueden revelar información clave sobre la salud mental, la salud cerebral y enfermedades neurodegenerativas como el alzhéimer. Además, es habitual que estos neurotransmisores disminuyan con la edad, pero los niveles bajos del neurotransmisor trifosfato de adenosina (ATP) puede ser un desencadenante para padecer alzhéimer.
Además, la barrera hematoencefálica (BHE) complica el acceso al cerebro de los sensores fluorescentes capaces de detectar los neurotransmisores. Es por ello por lo que un grupo de investigadores de ACS Central Science ha encontrado un método para empaquetar estos sensores, facilitando su paso a través de la BHE en ratones, lo que mejora la imagenología cerebral.
Sensores fluorescentes
Para medir la cantidad y saber la ubicación de ATP en el cerebro, los investigadores han creado sensores fluorescentes basados en fragmentos de ADN conocidos como “aptámeros”, que emiten luz cuando se unen a la molécula objetivo. Además, aunque se han desarrollado métodos para trasladar estos sensores desde el torrente sanguíneo al cerebro, muchos contienen componentes sintéticos que se encuentran con dificultades para cruzar la BHE.
Para mejorar la imagenología cerebral en vivo, los investigadores encapsularon un sensor de aptámero de ATP en vesículas microscópicas derivadas de células cerebrales llamadas “exosomas”. Este nuevo sistema de administración de sensores fue probado en modelos de laboratorio de la BHE y en ratones con enfermedades cerebrales.
Metodología y resultados
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 los sensores desarrollados por los investigadores demostraron ser casi cuatro veces más efectivos que los métodos convencionales para atravesar la barrera endotelial y liberar el sensor fluorescente en las células cerebrales. Esta eficacia se verificó mediante la medición de la fluorescencia inducida por la unión a ATP. Posteriormente, los investigadores inyectaron exosomas cargados con el sensor o sensores libres no encapsulados en modelos de ratón de la enfermedad de Alzheimer. Al medir las señales de fluorescencia en los ratones, encontraron que los sensores libres se concentraban principalmente en la sangre, el hígado, los riñones y los pulmones, mientras que los sensores administrados mediante exosomas se acumulaban en el cerebro.
En modelos de ratón que padecían alzhéimer, los sensores administrados a través de exosomas lograron identificar la ubicación y concentración de ATP en varias áreas del cerebro. En particular, se detectaron niveles bajos de ATP en el hipocampo, la corteza y el subículo, lo cual indica que se puede padecer la enfermedad. Los investigadores, además, destacan que sus sensores de ATP cargados en exosomas muestran un gran potencial para técnicas de imagen cerebral en vivo y no invasivas, y podrían ser adaptados para detectar una gran variedad de neurotransmisores. Es por ello por lo que desarrollando más este avance, se podría avanzar significativamente en el diagnóstico y tratamiento del alzhéimer.
