La enfermedad de Alzheimer, la forma más común de demencia en adultos, comienza en el hipocampo, una estructura cerebral profunda que desempeña un papel central en el aprendizaje y la memoria. Estudiar el desarrollo de esta enfermedad crónica requiere un alto nivel de atención psicológica intensiva durante un largo período de tiempo, lo que supone un problema debido a las limitaciones de la tecnología.
Song Hu, profesor de ingeniería biológica en la Escuela de Ingeniería McKelvey de la Universidad de Washington en St. Louis, y su equipo están desarrollando pelos de fibra delgada hechos de materiales biocompatibles para permitir imágenes y procesamiento a largo plazo de áreas profundas del cerebro en modelos animales. Esta nueva tecnología, que combina imágenes avanzadas y terapia dirigida, permitirá a los investigadores rastrear cómo progresa la enfermedad de Alzheimer con el tiempo y cómo responde el cerebro a los fármacos experimentales. La investigación fue financiada por una subvención de cinco años de 3,27 millones de dólares del Instituto Nacional sobre el Envejecimiento, una división de los Institutos Nacionales de Salud (NIH), para continuar su investigación original.
El laboratorio de Hu estudia el sistema nervioso y sus efectos sobre las enfermedades cerebrales a nivel celular. Sin embargo, las tecnologías de microscopios de mesa existentes sólo penetran en milímetros, lo que no proporciona un acceso completo a las partes del cerebro más afectadas por enfermedades neurológicas como el Alzheimer y el Parkinson.
El equipo está desarrollando un implante de fibra mínimamente invasivo de un milímetro de espesor, un poco más ancho que un cabello humano. Hecho de vidrio biocompatible e inerte, el implante causa un impacto mínimo en las células cerebrales y puede permanecer implantado hasta nueve meses, lo que debería dar a los investigadores tiempo suficiente para estudiar la progresión crónica de la enfermedad de Alzheimer.
«Queremos entender qué sucede con la red neurovascular y el acoplamiento neurovascular en las regiones profundas del cerebro que se ven afectadas por la enfermedad con el tiempo», dijo Hu. «Esta tecnología de fibra nos permite aplicar potentes métodos ópticos, incluida la microscopía fotoacústica y la microscopía de dos fotones, que a menudo se utilizan en el cerebro, en áreas profundas del cerebro, preservando al mismo tiempo la resolución celular y la información neurovascular completa».
La instalación permitirá al equipo de investigación probar algunas de las hipótesis derivadas de sus estudios anteriores, incluida la de que la pérdida de memoria en el hipocampo se debe a un suministro ineficaz de oxígeno en la sangre; que la reducción de la oxigenación de la sangre es secundaria a la enfermedad amiloide en los vasos cerebrales; y que restaurar el suministro de oxígeno en sangre al cerebro puede mejorar la pérdida de memoria.
El proyecto reúne a un equipo multidisciplinar. El laboratorio de Hu está colaborando con Xiaoting Jia, profesor de ingeniería eléctrica e informática en Virginia Tech, quien desarrollará estructuras de fibra para estimulación eléctrica y administración de fármacos, y Harald Sontheimer, profesor y catedrático de neurociencia en la Universidad de Virginia, quien desarrollará protocolos a largo plazo para su uso en modelos animales de la enfermedad de Alzheimer.
La capacidad avanzada de la implantación de fibra bidireccional, especialmente su capacidad de repetir la misma región profunda del cerebro durante muchos meses, es importante para desentrañar la relación temporal entre la patología amiloide, la disfunción neurovascular y la pérdida de memoria en la enfermedad de Alzheimer, dijo Hu.
«El acceso al hipocampo es importante, ya que es una de las primeras áreas afectadas por la enfermedad de Alzheimer y está directamente relacionada con la pérdida de memoria», dijo. «El uso de microscopía fotoacústica y de dos fotones nos permitirá evaluar cómo la patología amiloide vascular afecta la oxigenación de la sangre, y la administración de fármacos mediante microfluidos nos permitirá evaluar si la oxigenación de la sangre se puede restablecer con un vasodilatador y si mejora la memoria».
Publicado originalmente en el sitio web de McKelvey Engineering
