Los investigadores de ingeniería de la Universidad de Michigan imitaron la estructura de las antenas de la mariposa de la seda en la construcción de un nanoporo, pequeño instrumento con la forma de un túnel que podría ampliar el conocimiento sobre una clase de enfermedades neurodegenerativas que incluye el mal de Alzheimer.
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Antenas de la mariposa contra el mal de Alzheimer
Las antenas de la mariposa de la seda inspiran nuevos instrumentos de nanotecnología con aplicaciones en la investigación del mal de Alzheimer
07 de marzo de 2011 - 10:34
Los nanoporos, que son esencialmente orificios perforados en un chip de silicio, son minúsculos instrumentos de medición que permiten el estudio de moléculas o proteínas individuales.
El Alzheimer es una enfermedad neurodegenerativa, que se manifiesta como deterioro cognitivo y trastornos conductuales. Se caracteriza en su forma típica por una pérdida progresiva de la memoria y de otras capacidades mentales, a medida que las células nerviosas (neuronas) mueren y diferentes zonas del cerebro se atrofian. La enfermedad suele tener una duración media aproximada después del diagnóstico de 10 años, aunque esto puede variar en proporción directa con la severidad de la enfermedad al momento del diagnóstico.
El Alzheimer es una enfermedad neurodegenerativa, que se manifiesta como deterioro cognitivo y trastornos conductuales. Se caracteriza en su forma típica por una pérdida progresiva de la memoria y de otras capacidades mentales, a medida que las células nerviosas (neuronas) mueren y diferentes zonas del cerebro se atrofian. La enfermedad suele tener una duración media aproximada después del diagnóstico de 10 años, aunque esto puede variar en proporción directa con la severidad de la enfermedad al momento del diagnóstico.
En 1901, el psiquiatra alemán Alois Alzheimer identificó el primer caso de lo que se conoce hoy como enfermedad de Alzheimer, en una mujer de 50 años de edad, a quien llamó "Auguste D".
El investigador hizo seguimiento de su paciente hasta su muerte en 1906, momento en que por primera vez reportó el caso públicamente.
Durante los siguientes 5 años, la literatura médica reportó al menos 11 casos similares, algunos de ellos utilizando ya el término enfermedad de Alzheimer.
La enfermedad fue categorizada por primera vez por Emil Kraepelin después de la supresión de algunos elementos clínicos concomitantes como delirios y alucinaciones, así como características histológicas irrelevantes para la enfermedad como los cambios arterioscleróticos, los cuales figuraban en el informe original sobre "Auguste D".
En la octava edición de su libro de texto de Psiquiatría, publicado en 1910, incluyó a la enfermedad de Alzheimer, denominada también por Kraepelin "demencia presenil", como un subtipo de demencia senil.
En la octava edición de su libro de texto de Psiquiatría, publicado en 1910, incluyó a la enfermedad de Alzheimer, denominada también por Kraepelin "demencia presenil", como un subtipo de demencia senil.
Los mejores nanoporos actuales se atascan fácilmente, de manera que la tecnología no se ha adoptado ampliamente en los laboratorios. Se espera que las versiones mejoradas traigan un avance mayor hacia la secuencia más rápida y barata del ácido desoxirribonucleico (ADN).
El equipo de la Michigan University, encabezado por el profesor asociado Michael Mayer, de los departamentos de Ingeniería Biomédica e Ingeniería Química, compuso un revestimiento aceitoso que atrapa las moléculas de interés y facilita su tránsito por los nanoporos. Asimismo permite que los investigadores ajusten el tamaño del poro con una precisión casi atómica.
"Esto nos proporciona una herramienta mucho mejor para caracterizar las biomoléculas", dijo Mayer. "Nos permite un conocimiento más preciso de su tamaño, carga, forma y concentración y la velocidad con la que se componen. Esto podría ayudar en el diagnóstico y un mejor entendimiento de lo que ocurre en una categoría de enfermedades neurodegenerativas que incluye los males de Parkinson, Huntington y Alzheimer".
El "revestimiento doble de lípido fluido" de Mayer se parece al revestimiento en la antena de la mariposa de la seda macho, que le ayuda a detectar las mariposas hembra en su entorno. El revestimiento captura las moléculas de feromonas en el aire y las lleva a través de nanotúneles en el exoesqueleto hasta las células nerviosas que envían un mensaje al cerebro del insecto.
"Estas feromonas son lipofílicas, es decir, propensas a enlazarse con lípidos, o materiales parecidos a la grasa. De esta forma son capturadas y se concentran en la superficie de este revestimiento lípido en la mariposa de la seda. El revestimiento lubrica el movimiento de las feromonas hacia el sitio donde deben ir. Nuestro nuevo revestimiento cumple el mismo propósito", dijo Mayer.
Una de las principales áreas de investigación de Mayer ha sido el estudio de las proteínas llamadas péptidos beta amiloides que, se cree, se coagulan y forman fibras que atascan el cerebro en los pacientes con mal de Alzheimer. A Mayer le interesa el estudio del tamaño y la forma de estas fibras, y cómo se forman.
"Las técnicas existentes no nos permiten observar muy bien el proceso. Queríamos ver si el agrupamiento de estos péptidos usando nanoporos pero, cada vez que lo intentamos, los poros se atascaban", dijo Mayer. "Después hicimos este revestimiento y nuestra idea ahora funciona".
Para usar los nanoporos en sus experimentos los investigadores colocan un chip de silicio perforado entre dos cámaras de agua salina. Luego colocan las moléculas de interés en una de las cámaras y envían una corriente eléctrica a través del poro. A medida que cada molécula o proteína pasa a través del poro modifica la resistencia eléctrica del poro. La magnitud del cambio observado provee a los investigadores información valiosa acerca del tamaño, la carga eléctrica y la forma de la molécula.
Los nanoporos también pueden usarse en la detección de agentes de guerra biológica.
El artículo se titula "Controlling protein translocation through nanopores with bio–inspired fluid walls".
La investigación ha recibido fondos de la Fundación Nacional de Ciencias, los Institutos Nacionales de Salud, el Centro de Investigación del Mal de Alzheimer, la Asociación de Alzheimer, y el Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano.
La universidad tramite la protección de paciente sobre la propiedad intelectual, y busca socios de comercialización que ayuden a llevar la tecnología al mercado.
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