Pela primeira vez, cientistas desenvolveram uma simulação de computador de como aglomerados de proteínas defeituosas em doenças neurodegenerativas como o mal de Alzheimer se espalham pelo cérebro, na maior parte do tempo em modo furtivo, por até 30 anos.

"Esperamos que a capacidade de modelar doenças neurodegenerativas inspire melhores testes de diagnóstico e, em última análise, tratamentos para diminuir seus efeitos, "disse a engenheira mecânica de Stanford Ellen Kuhl, que descreve o trabalho em um artigo de 12 de outubro na Cartas de revisão física co-autoria com Johannes Weickenmeier do Stevens Institute of Technology e Alain Goriely da Oxford University.

As simulações se concentram no Alzheimer, Parkinson e esclerose lateral amiotrófica (ALS, ou doença de Lou Gehrig), mas os pesquisadores acreditam que sua técnica é geral o suficiente para funcionar para outros distúrbios cerebrais que envolvem proteínas deformadas, incluindo encefalopatia traumática crônica.

Siga as proteínas

O grupo sabia que cada uma das três doenças que estavam estudando produzia aglomerados característicos de defeitos, proteínas mal dobradas que se acumulam no cérebro. Para ver como esses aglomerados tóxicos se espalham com o tempo, Kuhl e seus colegas analisaram fatias de cérebro de pessoas que morreram após desenvolver uma das três doenças. Pesquisadores anteriores haviam manchado essas fatias do cérebro para revelar a presença de várias proteínas de interesse.

Quando a equipe de Kuhl colocou os dados resultantes em um computador, eles também fizeram a modelagem matemática para simular como o padrão de proteínas defeituosas se espalha de aglomerados relativamente esparsos em pessoas que estavam no início da doença para aglomeração muito mais generalizada em pessoas com doença avançada - um processo que pode levar até 30 anos.

"Imagine um efeito dominó, "disse Kuhl, que faz parte do Stanford Neurosciences Institute e Stanford Bio-X. "O que nosso modelo faz é conectar os pontos entre os pontos de dados estáticos, matematicamente, para mostrar a progressão da doença em detalhes sem precedentes. "

No caso da doença de Alzheimer, os cientistas modelaram a progressão de duas proteínas mal dobradas - conhecidas como tau e beta amilóide - que mudam de forma e formam aglomerados tóxicos no cérebro de pessoas com a doença. Pesquisadores anteriores haviam corado fatias do cérebro para proteínas e, com o novo modelo, A equipe de Kuhl foi capaz de criar duas simulações mostrando a maneira diferente como cada uma dessas variantes da doença se espalhou.

Espalhando o defeito

Os neurocientistas não sabem exatamente como um aglomerado de proteínas defeituosas afeta seus vizinhos para espalhar o dobramento incorreto, embora Kuhl disse que existem três teorias prevalecentes. A virtude do modelo, ela disse, é que ele prevê a trajetória da doença, independentemente da teoria correta.

Kuhl agora planeja trabalhar com neurocientistas para entender melhor os mecanismos de como as proteínas se dobram incorretamente. Esses insights melhorariam seu modelo e talvez levassem a melhores maneiras de diagnosticar a doença enquanto ela ainda está em modo furtivo.

"O verdadeiro desafio é que a morte celular por proteínas tóxicas ocorre anos, se não décadas, antes que os primeiros sintomas comecem a aparecer, "Kuhl disse.

Kuhl também planeja disponibilizar o software de modelagem gratuitamente para outros cientistas, repetindo o que ela fez uma década atrás com modelos semelhantes para estudar o coração - trabalho agora conhecido como Projeto Coração Vivo. Hoje, Kuhl disse, mais de 150 laboratórios acadêmicos e comerciais estão usando o software Living Heart para testar procedimentos cirúrgicos ou projetar dispositivos como válvulas cardíacas. O software do cérebro será conhecido como Living Brain Project.

“Dado o envelhecimento da população, em meados do século 135 milhões de pessoas em todo o mundo terão alguma forma de demência, "Kuhl disse." Temos que encontrar novas maneiras de estimular a pesquisa para diagnósticos e intervenções, e a modelagem por computador pode desempenhar um papel fundamental na identificação de novos alvos terapêuticos. "