Por primera vez, científicos argentinos visualizaron en tiempo real un receptor clave vinculado al Alzheimer

La ciencia argentina alcanzó un nuevo logro en el estudio de las enfermedades neurológicas. Un equipo del CONICET, dirigido por Francisco Barrantes en el Instituto de Investigaciones Biomédicas (BIOMED), consiguió visualizar en tiempo real “la dinámica de una proteína de membrana interactuando con el lípido neutro colesterol, proceso que se ve afectado en ciertas enfermedades neurológicas, como el Alzheimer o la miastenia gravis”, según informó el organismo.

Para lograrlo, utilizaron microscopía de super resolución y métodos analíticos inteligencia artificial. Este avance, representa una nueva perspectiva para el diagnóstico y la comprensión de patologías como el Alzheimer.

La observación directa de la dinámica de una proteína de membrana, en este caso el receptor de acetilcolina nicotínico (nAChR), constituye un hito en la neurociencia. Hasta ahora, los científicos solo podían inferir el comportamiento de estos receptores mediante métodos indirectos o imágenes obtenidas en condiciones que alteraban la estructura celular.

“Los receptores de neurotransmisores juegan un papel crucial en el sistema nervioso, con importantes implicancias en patologías neurológicas y neuropsiquiátricas y nosotros, por primera vez, pudimos verlos en forma directa en una célula viva, interactuando con el colesterol”, explicó Barrantes, que desde su laboratorio se especializó en el estudio del receptor de acetilcolina nicotínico (nAChR), una proteína ubicuamente distribuida en el sistema nervioso central y periférico, cuya disfunción redunda en diversas patologías.

Tecnología de vanguardia para estudiar células vivas

Este avance fue posible gracias a la combinación de dos tecnologías de vanguardia. Por un lado, la microscopía de superresolución, en particular la técnica MINFLUX, permitió captar imágenes a una escala nanoscópica, superando el límite de resolución de los microscopios ópticos convencionales.

Desde 2008, el laboratorio de Barrantes cuenta también con un microscopio STORM, desarrollado con la colaboración del Premio Nobel Stefan Hell, que posibilita estudiar células vivas sin dañarlas, algo que antes requería irradiación con electrones o rayos X y resultaba destructivo para las muestras.

Por otro lado, la inteligencia artificial desempeñó un papel clave en el análisis y mejora de las imágenes obtenidas.

Barrantes detalló: “Gracias a la IA nosotros estamos refinando las imágenes que obtenemos del microscopio, que sumadas a técnicas de simulación y de otros tipos, nos permiten extraer información adicional e interpretar las imágenes con mayor precisión y detalle”,

En este trabajo participaron Lucas Saavedra y Héctor Buena-Maizón, graduados en Ciencias de la Computación de la UCA, quienes implementaron técnicas de aprendizaje profundo para analizar la difusión del nAChR. Posteriormente, recurrieron a redes neuronales orientadas a grafos (GNN) para cuantificar la formación de nanoagregados moleculares sin intervención manual, y a modelos de convolución temporal (WadTCN) para analizar las trayectorias de las moléculas en la membrana con una precisión superior a la de los métodos tradicionales.

Estas herramientas permitieron identificar patrones de movimiento anómalos y segmentar los estados de los receptores, lo que aporta una comprensión más detallada de su comportamiento en diferentes contextos celulares.

El receptor de acetilcolina nicotínico, objeto central de este estudio, es una proteína ampliamente distribuida en el sistema nervioso central y periférico. Su función resulta esencial para la transmisión de señales entre neuronas y entre nervios y músculos.

La disfunción de este receptor se relaciona con enfermedades como la miastenia gravis, donde la destrucción de los receptores afecta la transmisión neuromuscular y puede llevar a la parálisis de los músculos respiratorios, y con el Alzheimer, caracterizado por alteraciones en la sinapsis y la agregación patológica de proteínas.

La posibilidad de observar en tiempo real cómo estos receptores se agrupan y forman agregados supramoleculares en la superficie celular tiene implicancias directas para el diagnóstico temprano de enfermedades autoinmunes y neurodegenerativas.

“Ver cómo se desplaza un receptor en la superficie de la célula y en una célula patológica nos ha permitido detectar aquellos receptores que forman agregados supramoleculares, acúmulos, lo que en el ser humano señala el comienzo de enfermedades autoinmunes como la miastenia gravis”, indicó Barrantes.

“Seguir utilizando estas técnicas nos va a permitir entender cuáles son los factores de la superficie celular que gatillan la acumulación patológica de receptores y su ulterior destrucción en las células musculares. Y también estamos trabajando de manera similar en otras patologías neurológicas y neuropsiquiátricas que cursan con agregación patológica de receptores en la sinapsis, como la enfermedad de Alzheimer”, asegura Barrantes. “Creo que la inteligencia artificial ha venido para quedarse. En Medicina podemos asegurar que su aporte es altamente positivo. La contribución de la IA tanto al diagnóstico por imágenes de NMR o PET en pacientes, hasta la comprensión de la estructura de moléculas que estudiamos nosotros mediante microscopía, es fabuloso”.