Por muchos años la doctora Ana Brígida Clorinda Arias Álvarez ha trabajado en el desarrollo y estudio de marcadores neuronales relacionados con la enfermedad de Alzheimer, el envejecimiento y la plasticidad neuronal después de lesiones en el sistema nervioso central.
El foco de atención de esta investigadora de la UNAM es la creación de modelos que permitan entender las condiciones que promueven el envejecimiento cerebral patológico. En otros términos, le interesa descifrar cuáles son las condiciones que pueden agravar o aumentar el riesgo para que el cerebro decaiga de manera patológica y se presenten enfermedades como el Alzheimer.
De este mal que hoy no se puede prevenir, tratar o curar se dice que es una consecuencia de la destrucción progresiva de las neuronas cerebrales, pero a pesar de la infinidad de investigaciones desarrolladas aún no se identifica la causa de esta “neurodegeneración”.
O así ha sido hasta ahora: como muestran los estudios de Arias Álvarez “las mitocondrias son la fuente principal de energía en las neuronas cerebrales y las deficiencias en el metabolismo de la energía demuestran ser uno de los primeros eventos en la biopatología de la enfermedad de Alzheimer”.
Contactada por Vértigo la experta en Neuroquímica del Instituto de Investigaciones Biomédicas (IIBm) explica que “mejor conocidas como las centrales energéticas para la célula, las mitocondrias podrían ser la clave para auxiliar a pacientes con Alzheimer”.
Sin duda se trata de un gran paso que abre el panorama de la investigación de la enfermedad degenerativa y marca el camino para que en un futuro no muy lejano sea posible un tratamiento equivalente a una cura para el Alzheimer.
La doctora en Ciencias menciona que en un trabajo previo su equipo determinó que en las terminales sinápticas, donde ocurre la comunicación entre las neuronas, las mitocondrias disminuyen su funcionalidad, es decir, se deterioran. También han descrito en un modelo in vivo que en condiciones de deficiencia energética, utilizando toxinas mitocondriales, la proteína b-amiloide induce una toxicidad muy importante en el hipocampo. Esto es particularmente interesante ya que como antecedente frecuente en los pacientes con enfermedad de Alzheimer se reportan problemas de isquemia cerebral.
La investigadora del Departamento de Medicina Genómica y Toxicología Ambiental manifiesta que “las neuronas se mantienen activas durante toda la vida y tienen una actividad metabólica; las señales eléctricas favorecen la comunicación entre todas las neuronas del cerebro, una actividad que por cierto requiere mucha energía. Una parte de las células que proveen de energía a las neuronas son las mitocondrias. Sin embargo, las mitocondrias envejecen. Y estas mitocondrias cuando envejecen dejan de producir el ATP (trifosfato de adenosina), que es una molécula energizada; esto aumenta el riesgo de un envejecimiento patológico porque se evita la comunicación entre las neuronas. En el caso del Alzheimer las mitocondrias están muy inactivas, muy dañadas”.
El cerebro solo supone 2% del peso corporal de los animales. Sin embargo, requiere hasta 20% del consumo total de oxígeno del organismo. Y es que para llevar a cabo la transmisión de los impulsos eléctricos que posibilitan el funcionamiento del organismo las neuronas, en su conjunto, consumen cantidades descomunales de energía. Tanto, que en caso de falta de energía —como sería la ausencia de oxígeno o la privación de glucosa, incluso en periodos muy breves— las neuronas mueren. De ahí la importancia, capital, de las mitocondrias, no solo responsables de conseguir la energía para las neuronas sino también de activar la apoptosis —o “muerte celular programada”— cuando las condiciones son adversas. Una situación que según las nuevas evidencias se presenta cuando se acumulan los oligómeros de beta-amiloide.
Mitocondrias trasplantadas
Junto a su equipo la doctora Arias sopesó los estudios que indican cómo las mitocondrias se pueden reemplazar. Por supuesto, le interesó valorar la posibilidad de aislar mitocondrias (que son estas centrales de las células que producen ATP y energía). Con imaginación se planteó qué ocurriría si se trasplantan mitocondrias funcionales a las neuronas para restituir su capacidad de producir energía y mantener una buena comunicación cerebral.
César Espino de la Fuente, alumno de doctorado, le propuso realizar un trasplante de mitocondrias sanas para reestablecer la producción de energía que requieren las neuronas para funcionar. Se enfocaron en un cultivo de neuronas del hipocampo, región vulnerable, donde las pusieron con mitocondrias exógenas y encontraron que se incorporan a la red neuronal y aumentan su funcionalidad.
En un experimento con ratones de laboratorio los científicos primero cultivaron neuronas de fetos de roedor y a ese cultivo se le agregaron mitocondrias aisladas. Lo que descubrieron fue la cinética y el mecanismo por el cual se internalizan las mitocondrias en las neuronas. Espino de la Fuente inyectó a los ratones en un modelo de enfermedad de Alzheimer (roedores transgénicos que expresan proteínas alteradas en el Alzheimer) para corroborar que las mitocondrias sí internalizan estas neuronas inyectándolas directamente al cerebro.
Respecto de si nos encaminamos a una cura para esta enfermedad, Arias comparte que hasta el momento lo encontrado es que las mitocondrias trasplantadas, funcionales, aisladas del cerebro de animales jóvenes, sí entran en las neuronas y sí se incorporan a la red que forman las mitocondrias funcionales.
Innovadora, sostiene que estos datos son muy prometedores porque en un futuro próximo “estaremos en la posibilidad de reemplazar las mitocondrias dañadas y mantener la capacidad de energía de las neuronas para la comunicación entre ellas y para todas las funciones del cerebro humano que consumen una gran cantidad de energía”.
Dice que hay muchos estudios que confirman cómo se pueden comunicar las células entre sí para intercambiarse mitocondrias. Aunque es un campo científico relativamente nuevo hay un sustento de ciencia básica bastante fuerte. Por ejemplo, argumenta que existe evidencia del uso de mitocondrias sanas en el tejido cardiaco de niños nacidos con problemas serios de isquemia, en quienes se observó mejora en la contracción cardiaca.
“Nosotros lo comprobamos: en el laboratorio hicimos cultivo de neuronas, les pusimos mitocondrias marcadas para ver por dónde se mueven y hemos visto que se meten al interior de las neuronas. Suena a ciencia ficción, pero en realidad es un proceso que casi ocurre de manera natural”, puntualiza.
Entusiasmada, desvela cómo hay distintos trabajos centrados en encontrar otro tipo de respuesta, donde se ha visto que inclusive las mitocondrias logran ingresar a través de la nariz al cerebro e incorporarse a las neuronas. “Esto nos alienta mucho porque no habrá necesidad de inyectarlas al cerebro. Estamos en esta fase de estudio, de ver cómo se incorporan, cuál es el mejor mecanismo para incorporar mitocondrias sanas y cómo responden los animales ante este trasplante mitocondrial”.
Convencida de concretar un tratamiento eficaz contra la enfermedad de Alzheimer en los próximos años, al menos hoy su descubrimiento, el estudio y la investigación científica lograda se reconocen como una innovación prometedora por la industria farmacéutica con el premio Canifarma 2021 a la tercera posición en la categoría de Investigación Básica.
Alzheimer en aumento
Hay de 40 a 50 millones de casos de demencias a escala mundial, pero podrían triplicarse para 2050. De esta manera, los 35 millones de casos de la enfermedad de Alzheimer actuales aumentarán por tres.
En México, dice la doctora María del Carmen Cárdenas Aguayo (UNAM), se calcula que hay un millón de casos “pero deben ser más porque muchas veces no se reportan”. Este mal —que en las naciones industrializadas representa la tercera o cuarta causa de muerte— va en aumento en Latinoamérica.
Su prevalencia es de 7.3% en adultos mayores de 60 a 65 años.