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Enfermedades neurodegenerativas identificadas mediante inteligencia artificial (actualización)

Un grupo de investigadores de la Escuela de Medicina de Icahn del Monte Sinaí y publicado en la revista médica Laboratory Investigation han desarrollado una plataforma de inteligencia artificial para detectar una variedad de enfermedades neurodegenerativas en muestras de tejido cerebral humano, incluida la enfermedad de Alzheimer y la encefalopatía traumática crónica. Su descubrimiento ayudará a los científicos a desarrollar biomarcadores y terapias dirigidas, lo que dará como resultado un diagnóstico más preciso de enfermedades cerebrales complejas que mejoren los resultados de los tratamientos a los pacientes diagnosticados.

La acumulación de proteínas tau anormales en el cerebro en las marañas neurofibrilares es una característica de la enfermedad de Alzheimer, pero también se acumula en otras enfermedades neurodegenerativas, como la encefalopatía traumática crónica y otras afecciones relacionadas con la edadEl diagnóstico preciso de las enfermedades neurodegenerativas es todo un reto y requiere un especialista altamente capacitado.

Los investigadores del Centro de Patología Computacional y de Sistemas en Mount Sinai desarrollaron y utilizaron esta plataforma para aplicar enfoques de aprendizaje automático eficaces en portaobjetos microscópicos digitalizados preparados con muestras de tejido de pacientes con un espectro de enfermedades neurodegenerativas. Aplicando el aprendizaje profundo (deep learning), estas imágenes se utilizaron para crear una red neuronal convolucional capaz de identificar enredos neurofibrilares con un alto grado de precisión directamente de las imágenes digitalizadas.

La utilización de la inteligencia artificial tiene un gran potencial para mejorar nuestra capacidad de detectar y cuantificar enfermedades neurodegenerativas, lo que representa un gran avance sobre los enfoques existentes que requieren mucha mano de obra y son poco reproducibles. En última instancia, este proyecto tiene el potencial de poder conseguir un diagnóstico más eficiente y preciso de las enfermedades neurodegenerativas.

Este es el primer marco disponible para evaluar algoritmos de aprendizaje profundo utilizando datos de imágenes a gran escala en neuropatología. La plataforma permite la gestión de datos, la exploración visual, la descripción de objetos, la revisión de múltiples usuarios y la evaluación de los resultados del algoritmo de aprendizaje profundo.

Los investigadores han usado técnicas avanzadas de computación y matemáticas junto con tecnología de microscopio de vanguardia, visión computacional e inteligencia artificial para clasificar con mayor precisión una amplia gama de enfermedades.

El departamento de patología académica del Mount Sinai es de los más grandes de USA y procesa más de 80 millones de pruebas al año, lo que da lugar a una oferta para los investigadores para el acceso a un amplio conjunto de datos que pueden utilizarse para mejorar las pruebas y los diagnósticos.

Actualización (05/06/2019)

Otro grupo de investigadores del Departamento de Patología y Medicina del Laboratorio de la Universidad Davis en California, han diseñado una “red neuronal convolucional” (CNN), un programa de computadora diseñado para reconocer patrones basados en miles de ejemplos etiquetados por humanos. Para ello, el equipo de investigación ha ideado un método para etiquetar rápidamente decenas de miles de imágenes de una colección de medio millón de imágenes de primer plano de tejido de 43 muestras de cerebro sano y enfermo y donde demostraron que su algoritmo podría procesar una diapositiva completa de todo el cerebro con 98.7% de precisión, con una velocidad limitada solo por la cantidad de procesadores de computadora que utilizaron. Estas herramientas de aprendizaje automático no es mejor para identificar las placas que los propios neuropatólogos (que son los encargados de etiquetar los casos para posteriormente entrenar el algoritmo), pero es incansable y escalable. Se podría decir que estas nuevas técnicas son un copiloto, un multiplicador de fuerza que extiende el alcance de lo que podemos lograr y nos permite hacer preguntas que nunca hubiéramos conseguido manualmente. Por ejemplo, podemos buscar placas raras en lugares inesperados que podrían darnos pistas importantes sobre el curso de la enfermedad, etc.

Referencias:

  • Maxim Signaevsky, Marcel Prastawa, Kurt Farrell, Nabil Tabish, Elena Baldwin, Natalia Han, Megan A. Iida, John Koll, Clare Bryce, Dushyant Purohit, Vahram Haroutunian, Ann C. McKee, Thor D. Stein, Charles L. White, Jamie Walker, Timothy E. Richardson, Russell Hanson, Michael J. Donovan, Carlos Cordon-Cardo, Jack Zeineh, Gerardo Fernandez, John F. Crary. Artificial intelligence in neuropathology: deep learning-based assessment of tauopathyLaboratory Investigation, 2019; DOI: 10.1038/s41374-019-0202-4
  • Ziqi Tang, Kangway V. Chuang, Charles DeCarli, Lee-Way Jin, Laurel Beckett, Michael J. Keiser, Brittany N. Dugger. Interpretable classification of Alzheimer’s disease pathologies with a convolutional neural network pipelineNature Communications, 2019; 10 (1) DOI: 10.1038/s41467-019-10212-1
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Una mejor “visión” de la detección temprana del Alzheimer (actualización)

Eye examUno de los grandes desafíos de la medicina es la determinación de biomarcadores y test de detección temprana de las enfermedades. Esto es especialmente importante en el caso de las enfermedades relacionadas con el envejecimiento y especialmente en el caso de las enfermedades neurodegenerativas, como el Alzheimer que se inician mucho antes de la aparición de los primeros síntomas. Por eso detectar el inicio de la acumulación de las placas seniles y ovillos neurofibrilares mediante pruebas tempranas sería un gran paso para la lucha contra la enfermedad.

Actualmente la única manera segura de confirmar la enfermedad de Alzheimer es examinar el cerebro de una persona después de que ha muerto para la detección de estas acumulaciones de placas y ovillos. Sin embargo, los investigadores están desarrollando experimentalmente hipótesis que teorizan sobre la estrecha relación del ojo (retina) con el cerebro que permitiría abrir una “ventana” mucho más accesible para la detección y estudio de la progresión de la enfermedad, ya que las placas asociadas con el Alzheimer se producen no sólo en el cerebro sino también en la retina, ya que esta estructura de la parte posterior del ojo comparte muchas de las características del cerebro.

Una investigación publicada recientemente en la revista Investigative Ophthalmology & Visual Science, muestra cómo es la técnica y la capacidad de detección que tiene esta prueba de la retina en ratones. Científicos de la Universidad de Minnesota en cooperación con la compañía de tecnología de imágenes CytoViva, con sede en Alabama, están desarrollando un dispositivo de diagnóstico no invasivo que intenta detectar las primeras etapas de la enfermedad de Alzheimer antes de que aparezcan los primeros síntomas físicos. La prueba trataría obtener imágenes de la retina utilizando lo que se conoce como imágenes hiperespectrales, es decir emitir una luz que brille en los ojos, llegaría a la retina situada en la parte posterior del ojo, y se refleja de nuevo, de tal manera que el dispositivo utilizado es capaz de mostrar imágenes de la retina a lo largo de diferentes longitudes de onda. Sobre la base de estos experimentos desarrollados sobre una población de ratones y muestras de células de retina humana, se pueden obtener patrones de dispersión de la luz formadas por las partículas microscópicas de β-amiloide, a partir del análisis de las imágenes. En esta investigación se probó esta técnica en una población de ratones seleccionados específicamente para desarrollar la enfermedad de Alzheimer y se comparan sus resultados con ratones control. En el análisis de los resultados, observaron a lo largo de las diferentes etapas de la enfermedad, un patrón de dispersión de la luz que se repetía incluso antes de que los síntomas se presentaran.

El grupo de investigación se encuentra ahora reclutando un grupo de voluntarios humanos tanto con la enfermedad como con buen estado de salud, para llevar a cabo un ensayo clínico en fase 1 con esta tecnología. El éxito de estas técnicas de detección temprana, sería un gran paso no sólo para la lucha preventiva de la enfermedad, sino también porque abriría nuevas vías de investigación para desarrollar fármacos de actuación temprana que ahora mismo es difícil probar en humanos que no han sido diagnosticados todavía.

Hay que especificar que los hallazgos de la placa de β-amiloide presente en la retina y la tecnología de imagen óptica comenzaron en el Hospital Cedars-Sinai con estudios en roedores vivos e investigación post-mortem con retinas humanas de personas que habían fallecido con Alzheimer. Los primeros resultados se publicaron ya en 2010. Este estudio de la Universidad de Minnesota es uno de varias investigaciones en curso para determinar si se pueden obtener resultados similares en los seres humanos para la detección temprana de la enfermedad a partir de la retina.

Existen también otras investigaciones en busca de técnicas no invasivas que detecten de forma temprana la enfermedad de Alzheimer, entre ellas se podrían destacar:

  • A través de un simple análisis de saliva podría ayudar a determinar sí se va a desarrollar la enfermedad durante los próximos seis años. En un estudio preliminar presentado en la Conferencia Internacional de la Asociación de Alzheimer (CIAC) en Washington, los investigadores de la Universidad de Alberta, encontraron metabolitos específicos (subproductos moleculares del metabolismo) presentes en la saliva que podrían indicar cambios metabólicos en el cerebro y que podría significar que se está ante las primeras etapas de Alzheimer. Otro estudio del Instituto de investigación Beaumont (Michigan), utiliza biomarcadores metabolómicos fiables basados en H NMR.
  • Una investigación internacional liderada por el Centro de Tecnologías Biomédicas de la Universidad Politécnica de Madrid avanza hacia el diagnóstico temprano de la enfermedad de Alzheimer mediante el estudio de los patrones de actividad cerebral. Se trata de técnicas de neuroimagen, ya que mediante ellas es posible estudiar los cambios que se producen en el cerebro. Una de estas técnicas, la magnetoencefalografía (MEG), es capaz de medir con mucha precisión los campos magnéticos producidos por la actividad neuronal del cerebro. Mediante esta técnica es posible clasificar a los participantes de los grupos internacionales como ancianos sanos o con deterioro cognitivo leve con un 82% de precisión.
  • Pruebas de sensibilidad e identificación del olor para la detección de las primeras etapas de la enfermedad de Alzheimer. Una reducción en la capacidad de identificar olores se ha asociado en varios estudios con la pérdida de función en las neuronas y el avance de la enfermedad, ya que la capacidad del sentido del olfato se asocia con el primero y más corto de los nervios craneales, y con frecuencia es uno de los primeros nervios afectados por el declive cognitivo.

Actualización (07/10/2016)

  • Diagnósticos asistidos por ordenador (DAO) mediante la fusión de imágenes funcionales y estructurales basado en el uso de la técnica de aprendizaje profundo –conocido también como Deep Learning. Esta técnica de la Inteligencia Artificial (IA) tiene como objetivo modelar abstracciones de alto nivel en datos para lograr que las computadoras aprendan a diferenciar el cerebro de una persona sana del de una persona enferma extrayendo automáticamente las regiones de interés que se encuentren afectadas. Esta técnica esta siendo desarrollada por el grupo de trabajo BioSip de la Universidad de Málaga, en colaboración con un grupo de investigadores de la Universidad de Granada, lleva años estudiando este tipo de señales e imágenes biomédicas.
Actualización (24/11/2016)
  • Recientemente se ha analizado un gen que expresa un neurotransmisor podría permitir la detección temprana de la enfermedad de Alzheimer, mediante un simple análisis de sangre (Universidad de Tel Aviv). El gen, denominado RGS2 (Regulador de la proteína de señalización 2), antes no había sido implicado en la enfermedad de Alzheimer. Los investigadores informan de que una menor expresión en células de el gen RGS2, aumentaría la sensibilidad a los efectos tóxicos de la acumulación de la β-amiloide en las neuronas. Se ha encontrado acumulación de la  β-amiloide, no solo en cerebros con Alzheimer, sino en cerebros sanos de edades avanzadas, lo que sugiere que es la expresión de dicho gen la que determina la susceptibilidad a esa acumulación de proteína. Los investigadores han encontrado que la expresión reducida del RGS2 ya se puede detectar en las células sanguíneas durante el deterioro cognitivo leve, en la fase más temprana de la enfermedad de Alzheimer. lo que podría determinar un diagnóstico precoz con un simple análisis de sangre.

Actualización (05/04/2017)

  • Investigadores de la Universidad de Valladolid y del Hospital Universitario Río Hortega han comprobado que el análisis de las fluctuaciones espacio-temporales de los electroencefalogramas, una prueba sencilla y aún no incluida en los protocolos de diagnóstico de este tipo de demencia, puede ser útil para entender los mecanismos neuronales implicados en la fase temprana de la enfermedad de Alzhéimer. Diversos estudios sugieren que la actividad neuronal es sensible a cambios cerebrales sutiles provocados por las formas incipientes de esta demencia. Por ello, el análisis de registros neurofisiológicos, como el electroencefalograma (EEG), puede aportar información muy interesante para ayudar a entender estos cambios cerebrales. En comparación con otras técnicas de neuroimagen, como la tomografía por emisión de positrones o la resonancia magnética funcional, el coste del EGG es mucho menor por lo que podría considerarse como un potencial biomarcador de detección temprana.

Actualización (12/06/2017)

  • Investigadores del Boston University Medical Centeren uno de los mayores estudios realizados hasta la fecha para utilizar la metabolómica, el estudio de los compuestos que se crea a través de diversas reacciones químicas en el cuerpo, han sido capaces de identificar nuevos compuestos circulantes en la sangre asociados con el riesgo de desarrollar demencia y la enfermedad de Alzheimer. Los resultados apuntan a nuevas vías biológicas que pueden estar implicados y podrían servir como biomarcadores de riesgo de la enfermedad. Concretamente los investigadores mencionan el alto contenido en ácido antranílico en sangre como posible biomarcador. 

Actualización (20/07/2017)

  • Investigadores de la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington en St. Louis, sugieren que las medidas en sangre de la beta amiloide tienen un gran potencia como biomarcadores tempranos para identificar a las personas con niveles alterados de amiloide en sus cerebros o líquido cefalorraquídeos. Lo ideal sería que una prueba de detección basada en la sangre, identificara a las personas que comenzaron el camino hacia los años de Alzheimer antes de que pudieran ser diagnosticados en base a los síntomas. Si se realiza un análisis en combinación también con la proteína tau, los investigadores creen que se podría tener una idea más exacta de quién presenta mayor riesgo de desarrollar la enfermedad de Alzheimer.

Actualización (12/07/2018)

  • Un equipo de científicos del Instituto de Neurociencia y Salud Mental de la Universidad de Alberta, han identificado tres biomarcadores para detectar un deterioro cognitivo leve y la enfermedad de Alzheimer en muestras de saliva. Lo que supondría una opción muy poco invasiva para el diagnóstico prematuro de la enfermedad o de los deterioros cognitivos. La investigación tiene resultados prometedores para su aplicación en un entorno clínico, aunque necesita más investigaciones con un mayor número de muestras para poder confirmar los resultados.

 

Actualización (05/06/2019)

  • Un equipo de científicos del Centro de Neurología Cognitiva y Enfermedad de Alzheimer de Northwestern Mesulam, han descubierto que la reducción de los capilares sanguíneos en la parte posterior del ojo puede ser una nueva forma no invasiva de diagnosticar el deterioro cognitivo temprano, el precursor de la enfermedad de Alzheimer. Los científicos detectaron estos cambios vasculares en el ojo humano de manera no invasiva, con una cámara de infrarrojos, ya que la parte posterior del ojo es accesible ópticamente a un nuevo tipo de tecnología (angiografía OCT) que puede cuantificar los cambios capilares con gran detalle y con una resolución incomparable, haciendo del ojo un espejo ideal para lo que sucede en el cerebro.
  • Se siguen produciendo más evidencias de que los análisis de sangre pueden detectar el riesgo de Alzheimer. Un nuevo estudio confirma que un simple análisis de sangre puede revelar si se está acelerando el daño de las células nerviosas en el cerebro. Investigadores la Universidad de Lund, analizaron la proteína ligera del neurofilamento (NFL) en muestras de sangre de pacientes con enfermedad de Alzheimer. El estudio sugiere que la concentración de NFL en la sangre puede revelar si se está acelerando el daño de las células nerviosas en el cerebro.  Cuando las células nerviosas en el cerebro se dañan o mueren, la proteína NFL se filtra hacia el líquido cefalorraquídeo y luego hacia la sangre. Anteriormente se sabía que los niveles de NFL son elevados entre las personas con enfermedades neurodegenerativas, pero no se han realizado estudios a largo plazo.

Referencias:

  • Swati S. More, James M. Beach, Robert Vince. Early Detection of Amyloidopathy in Alzheimer’s Mice by Hyperspectral Endoscopy. Investigative Opthalmology & Visual Science, 2016; 57 (7): 3231 DOI: 10.1167/iovs.15-17406
  • Jack Jr. CR, Knopman DS, Mielke MM et al. Predicting the risk of mild cognitive impairment in the Mayo Clinic Study of Aging. Neurology. 2015.
  • Maestú F, Peña J-M, Garcés P, et al. A multicenter study of the early detection of synaptic dysfunction in Mild Cognitive Impairment using Magnetoencephalography-derived functional connectivity. NeuroImage Clin. 2015;9:103-109. doi:10.1016/j.nicl.2015.07.011.
  • Smell Test May Predict Early Stages of Alzheimer’s Disease. Test may offer low-cost alternative to other Alzheimer’s tests. Researchers from Columbia University Medical Center (CUMC)
  • A Hadar, E Milanesi, A Squassina, P Niola, C Chillotti, M Pasmanik-Chor, O Yaron, P Martásek, M Rehavi, D Weissglas-Volkov, N Shomron, I Gozes, D Gurwitz. RGS2 expression predicts amyloid-β sensitivity, MCI and Alzheimer’s disease: genome-wide transcriptomic profiling and bioinformatics data miningTranslational Psychiatry, 2016; 6 (10): e909 DOI: 10.1038/tp.2016.179
  • Vincent Chouraki, Sarah R. Preis, Qiong Yang, Alexa Beiser, Shuo Li, Martin G. Larson, Galit Weinstein, Thomas J. Wang, Robert E. Gerszten, Ramachandran S. Vasan, Sudha Seshadri. Association of amine biomarkers with incident dementia and Alzheimer’s disease in the Framingham StudyAlzheimer’s & Dementia, 2017; DOI: 10.1016/j.jalz.2017.04.009
  • Kirsten E. Bell, Tim Snijders, Michael Zulyniak, Dinesh Kumbhare, Gianni Parise, Adrian Chabowski, Stuart M. Phillips. A whey protein-based multi-ingredient nutritional supplement stimulates gains in lean body mass and strength in healthy older men: A randomized controlled trialPLOSONE, 2017; 12 (7): e0181387 DOI: 10.1371/journal.pone.0181387
  • Shraddha Sapkota, Tao Huan, Tran Tran, Jiamin Zheng, Richard Camicioli, Liang Li, Roger A. Dixon. Alzheimer’s Biomarkers From Multiple Modalities Selectively Discriminate Clinical Status: Relative Importance of Salivary Metabolomics Panels, Genetic, Lifestyle, Cognitive, Functional Health and Demographic Risk MarkersFrontiers in Aging Neuroscience, 2018; 10 DOI: 10.3389/fnagi.2018.00296
  • Yi Stephanie Zhang, Nina Zhou, Brianna Marie Knoll, Sahej Samra, Mallory R. Ward, Sandra Weintraub, Amani A. Fawzi. Parafoveal vessel loss and correlation between peripapillary vessel density and cognitive performance in amnestic mild cognitive impairment and early Alzheimer’s Disease on optical coherence tomography angiographyPLOS ONE, 2019; 14 (4): e0214685 DOI: 10.1371/journal.pone.0214685
  • Niklas Mattsson, Nicholas C. Cullen, Ulf Andreasson, Henrik Zetterberg, Kaj Blennow. Association Between Longitudinal Plasma Neurofilament Light and Neurodegeneration in Patients With Alzheimer DiseaseJAMA Neurology, 2019; DOI: 10.1001/jamaneurol.2019.0765
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¿Somos lo que comemos? Díselo a tu memoria…

Un grupo de investigadores del Departamento de ciencia de la alimentación y nutrición humana de la Universidad Estatal de Iowa, han descubierto una hormona de la saciedad que, a niveles altos, podría disminuir la probabilidad de que una persona desarrolle la enfermedad de Alzheimer.

Los investigadores han analizado a partir de una base de datos de neuroimagenes de la enfermedad de Alzheimer (ADNI), la hormona de la saciedad en 287 individuos de una muestra poblacional. Se trata de la Colecistoquinina (CCK) que se encuentra tanto en el intestino delgado como en el cerebroEn el intestino delgado, CCK permite la absorción de grasas y proteínas y en el cerebro, la CCK se encuentra en el hipocampo, que es la región que forma la memoria del cerebro.

En los estudios realizados, los investigadores encontraron que los individuos analizados que disponen de niveles más altos de CCK, mostraban una menor probabilidad de tener un deterioro cognitivo leve, un estado precursor de la enfermedad de Alzheimer o la enfermedad de Alzheimer. Por tanto, la hipótesis del estudio trata de demostrar cómo las hormonas de la saciedad en la sangre y el cerebro afectan la función cerebral.

¿Por qué la hormona CCK?

Los investigadores optaron por centrarse en CCK porque está altamente expresada en la formación de la memoria. Los investigadores querían ver si había algún significado entre los niveles de CCK y los niveles de memoria y el estado de la materia gris en el hipocampo y otras áreas importantes del cerebro. Al mismo tiempo, observaron las proteínas tau, que se consideran tóxicas para el cerebro, con el objetivo de observar cómo podrían interactuar con la CCK y la memoria. Encontraron que a medida que aumentaban los niveles de tau, un CCK más alto ya no estaba relacionado con un menor deterioro de la memoria.

Los investigadores esperan que este estudio fomente mas investigaciones para analizar el aspecto nutricional de las dietas, en lugar de solo considerar la ingesta calórica, ya que se puede observar cómo la dieta afecta los niveles de CCK de un individuo a través de la investigación de los cuerpos de cetona y glucosa en ayunas.

La regulación de cuándo y cuánto comemos puede tener alguna relación con qué tan buena es nuestra memoria. Estas investigaciones nos hacen pensar si lo que comemos y lo que nuestro cuerpo hace con esto, afecta o no a nuestro cerebro…

Referencia: Alexandra Plagman, Siobhan Hoscheidt, Kelsey E. McLimans, Brandon Klinedinst, Colleen Pappas, Vellareddy Anantharam, Anumantha Kanthasamy, Auriel A. Willette. Cholecystokinin and Alzheimer’s Disease: A Biomarker of Metabolic Function, Neural Integrity, and Cognitive PerformanceNeurobiology of Aging, 2019; DOI: 10.1016/j.neurobiolaging.2019.01.002

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El desarrollo del Alzheimer podría estar influido por el consumo del azúcar

Un equipo de científicos de los Departamentos de Biología y Bioquímica, Química y el de Farmacia y Farmacología de la Universidad de Bath, en colaboración con colegas del Centro Wolfson del King’s College London para Enfermedades Relacionadas con la Edad, han establecido un conexión molecular entre el azúcar en sangre (glucosa) y el desarrollo de la enfermedad de Alzheimer, observando que el exceso de glucosa daña una enzima vital relacionada con la respuesta de la inflamación en las primeras etapas de esta enfermedad neurodegenerativa.

Los niveles demasiado altos de azúcar en sangre, o hiperglucemia, son bien conocidos como influyentes en la aparición de la diabetes y la obesidad, pero su relación con la enfermedad de Alzheimer es menos conocida. Sí se conocía la relación existente entre los pacientes diabéticos y un mayor riesgo de desarrollar la enfermedad de Alzheimer en comparación con los individuos sanos. De tal manera que ciertas proteínas anormales se agregan para formar placas y ovillos en el cerebro que lo dañan progresivamente y conducen a un deterioro cognitivo grave.

Los científicos ya sabían que la glucosa y sus productos de descomposición pueden dañar las proteínas de las células a través de una reacción llamada glicación, pero no se entendía el vínculo molecular específico entre la glucosa y el Alzheimer. Al estudiar muestras cerebrales de personas con y sin Alzheimer que utilizan una técnica sensible para detectar la glicación, el equipo de científicos descubrió que en las primeras etapas de la enfermedad neurodegenerativa, debido a la glicación se produce daño en una enzima llamada MIF (factor inhibidor de la migración de macrófagos) que desempeña un papel en la respuesta inmune y la regulación de la insulina. .

El MIF está involucrado en la respuesta de las células cerebrales llamadas glía, a la acumulación de proteínas anormales en el cerebro durante la enfermedad de Alzheimer, y los investigadores creen que la inhibición y reducción de la actividad del MIF causada por la glicación podría ser el “punto de inflexión” en la progresión de la enfermedad . Parece que a medida que avanza el Alzheimer, aumenta la glicación de estas enzimas.

Normalmente, el MIF sería parte de la respuesta inmune a la acumulación de proteínas anormales en el cerebro, y los científicos piensan que debido a que el daño del azúcar reduce algunas funciones del MIF e inhibe completamente otras, este podría ser un punto de inflexión que permita el desarrollo del Alzheimer.  Conocer en profundidad estos “equilibrios” moleculares podría ser vital para desarrollar una cronología de cómo progresa el Alzheimer y  podría ayudar a identificar a las personas con riesgo de Alzheimer, lo que podría favorecer el desarrollo de nuevos tratamientos o formas de prevenirlos.

Todas estas informaciones van en el sentido de afianzar la idea de que el exceso de azúcar en nuestra dieta no parece beneficioso, ya se conocía en lo que respecta a la diabetes y la obesidad, pero este vínculo potencial con la enfermedad de Alzheimer es otra razón de peso por la que debemos controlar la ingesta de azúcar en nuestras dietas.

Referencia: Omar Kassaar, Marta Pereira Morais, Suying Xu, Emily L. Adam, Rosemary C. Chamberlain, Bryony Jenkins, Tony James, Paul T. Francis, Stephen Ward, Robert J. Williams, Jean van den Elsen. Macrophage Migration Inhibitory Factor is subjected to glucose modification and oxidation in Alzheimer’s DiseaseScientific Reports, 2017; 7: 42874 DOI: 10.1038/srep42874


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La inteligencia artificial para el diagnóstico temprano del Alzheimer

Según un estudio desarrollado por investigadores del Departamento de Radiología e Imagen Biomédica de la Universidad de California en San Francisco (UCSF) y publicado en la revista Radiology, los nuevos avances en inteligencia artificial (IA) pueden mejorar la capacidad  para predecir la enfermedad de Alzheimer a partir de las imágenes cerebrales.

El diagnóstico temprano de la enfermedad de Alzheimer es extremadamente importante, ya que los tratamientos e intervenciones son más efectivos al principio de la enfermedad. Sin embargo, el diagnóstico temprano ha demostrado ser un verdadero retoLa investigación ha relacionado el proceso de la enfermedad con los cambios en el metabolismo, como lo demuestra la captación de glucosa en ciertas regiones del cerebro, pero estos cambios pueden ser difíciles de reconocer y normalmente la sintomatología comienza cuando la enfermedad se encuentra más avanzada.

El grupo de investigación ha aplicado las tecnologías del aprendizaje profundo (deep learning), un tipo de inteligencia artificial en el que las máquinas aprenden con el ejemplo, al igual que los humanos, para encontrar patrones que señalen cambios predictivos en el metabolismo cerebral  de la enfermedad de Alzheimer. Los investigadores entrenaron un algoritmo de aprendizaje profundo a partir de las imágenes tomadas con una tecnología de imagen especial conocida como tomografía por emisión de positrones (FDG-PET) con la que se puede medir la actividad metabólica del cerebro.

Los investigadores mediante el acceso a neuroimágenes de más de 2.100 imágenes cerebrales de FDG-PET de 1.002 pacientes de la base de datos de la Iniciativa de neuroimagen de la enfermedad de Alzheimer (ADNI), que se centra en ensayos clínicos para mejorar la prevención y el tratamiento de esta enfermedad. Entrenaron el algoritmo con el 90% ciento del conjunto de datos y validando con el 10% restante, con lo que fueron capaces de descubrir patrones metabólicos que correspondían a la enfermedad de Alzheimer.

Posteriormente los investigadores probaron el algoritmo en un conjunto independiente de 40 imágenes de 40 pacientes que nunca había estudiado. El algoritmo logró una sensibilidad del 100% para detectar la enfermedad que supone un promedio de más de seis años de antelación sobre un diagnóstico normal.

Es necesario apuntar que el conjunto de pruebas independientes se considera pequeño y es necesaria una validación adicional con un estudio más amplio entre distintas instituciones. En todo caso parece vislumbrarse que estas nuevas tecnologías y con las capacidades de procesamiento existentes actualmente, podría ser una herramienta muy útil y complementaria al trabajo desarrollado por los radiólogos para el diagnóstico y la intervención terapéutica temprana en la enfermedad de Alzheimer.

Entra las investigaciones que se están desarrollando en este campo merece la pena destacar aquellas  que intentan entrenar algoritmos de aprendizaje profundo para buscar patrones asociados con la acumulación de proteínas beta-amiloides y tau, grupos de proteínas anormales y ovillos en el cerebro que son marcadores específicos de la enfermedad de Alzheimer.

Referencia: Yiming Ding, Jae Ho Sohn, Michael G. Kawczynski, Hari Trivedi, Roy Harnish, Nathaniel W. Jenkins, Dmytro Lituiev, Timothy P. Copeland, Mariam S. Aboian, Carina Mari Aparici, Spencer C. Behr, Robert R. Flavell, Shih-Ying Huang, Kelly A. Zalocusky, Lorenzo Nardo, Youngho Seo, Randall A. Hawkins, Miguel Hernandez Pampaloni, Dexter Hadley, Benjamin L. Franc. A Deep Learning Model to Predict a Diagnosis of Alzheimer Disease by Using 18F-FDG PET of the BrainRadiology, 2018; 180958 DOI

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Beneficios de la remolacha contra el Alzheimer

beetsUn compuesto de la remolacha que le proporciona su color rojo característico, podría ayudar a retrasar la acumulación de proteínas mal plegadas en el cerebro, un proceso asociado con la enfermedad de Alzheimer. Un grupo de científicos menciona este compuesto como un posible candidato para desarrollar medicamentos que podrían aliviar algunos de los efectos a largo plazo de la enfermedad y que se ha presentado este año en la  Reunión y Exposición Nacional de la American Chemical Society (ACS) que se esta celebrando estos días en Nueva Orleans (USA).

Los investigadores sugieren que la betanina, un compuesto extraído de la remolacha, muestra cierta actividad prometedora como inhibidor de ciertas reacciones químicas en el cerebro que están involucradas en la progresión de la enfermedad de Alzheimer. La investigación se encuentra en una fase demasiado temprana como para afirmar categóricamente estas propiedades pero puede ser la base para que otros científicos busquen estructuras similares a la betanina que puedan usarse para sintetizar fármacos que podrían facilitar la vida de quienes padecen esta enfermedad.

Los científicos todavía están tratando de descubrir qué causa este trastorno cerebral progresivo e irreversible pero uno de los principales sospechosos es la beta-amiloide, un fragmento de proteína adhesiva, o péptido, que se acumula en el cerebro y altera la comunicación entre las neuronas. Mucho de estos daños ocurre cuando el beta-amiloide se adhiere a metales como el hierro o el cobreEstos metales pueden hacer que estos péptidos se repliquen mal y se unan con grupos que pueden promover inflamación o/y procesos similares a la oxidación, dejando a las neuronas disfuncionales.

Investigaciones previas realizadas por otros científicos sugieren que el extracto de remolacha puede mejorar el flujo de oxígeno al cerebro envejecido y posiblemente mejorar el rendimiento cognitivo. Sobre la base de estos trabajos, los científicos actuales de esta investigación, querían conocer si la betanina, un compuesto que se une fácilmente a los metales, podría bloquear los efectos del cobre en la beta amiloide y, a su vez, podría conseguir prevenir el mal plegado de estos péptidos y la oxidación de las neuronas.

Los científicos han desarrollado experimentos en laboratorio que involucran 3,5 di-terc-butilcatecol (DTBC), un compuesto que se utiliza como sustancia modelo para rastrear la química de la oxidación. Usando espectrofotometría visible, los científicos midieron la reacción oxidativa de DTBC cuando se expone a la beta-amiloide solamente, la beta-amiloide unida al cobre y la beta amiloide unido a cobre en una mezcla que contiene betaninaPor sí solo, la beta-amiloide causó poca o ninguna oxidación de DTBC. Sin embargo, como se esperaba, el beta-amiloide unido al cobre indujo una importante oxidación de DTBC. Pero cuando se añadió en compuesto de la betanina a la mezcla de beta amiloide unido a cobre, los investigadores descubrieron que la oxidación disminuyó hasta en un 90%, lo que sugiere que el plegamiento incorrecto de los péptidos se podría reducir sustancialmente.

Los investigadores concluyen que la betanina potencialmente podría detener el mal plegamiento y reducir la oxidación de la beta-amiloide. Una menor oxidación podría evitar el mal plegado en cierto grado, tal vez incluso hasta el punto de poder ralentizar la agregación de los péptidos beta-amiloides, que se cree que es la causa principal de la enfermedad de Alzheimer.

Como siempre en estos casos, destacar las fases muy prematuras de la investigación y que deben ser consolidadas con investigaciones más exhaustivas, pero pueden servir para recomendar una alimentación equilibrada en la que los productos vegetales sean protagonistas, lo que podría beneficiar de alguna manera nuestra salud (cerebral).

Fuente: American Chemical Society

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Sigue la esperanza de revertir el Alzheimer

Un equipo de investigadores del Instituto Clinic Lerner Research en Cleveland han analizado el agotamiento gradual de una enzima llamada BACE1 que revierte la formación de placas amiloides en los cerebros de modelos animales (ratones) con enfermedad de Alzheimer, observándose una considerable mejoría en la función cognitiva de los animales. El estudio publicado en el Journal of Experimental Medicine, despierta la esperanza de que los medicamentos dirigidos a esta enzima puedan tratar con éxito la enfermedad de Alzheimer en humanos.

Uno de los primeras etapas en la enfermedad de Alzheimer es una acumulación anormal de péptido de beta amiloide, que puede formar grandes placas de amiloide en el cerebro y alterar la función de las sinapsis neuronales. La enzima beta-secretasa (BACE1) ayuda a producir el péptido beta-amiloide mediante la escisión de la proteína precursora amiloide (APP). Por lo tanto, los fármacos que inhiben BACE1 se están desarrollando como tratamientos potenciales para la enfermedad de Alzheimer, pero debido a que BACE1 controla otros muchos procesos importantes mediante la escisión de proteínas distintas a la APP, estas sustancias podrían tener efectos secundarios graves.

Los ratones que carecen completamente de BACE1 sufren graves defectos del desarrollo neurológico. Para investigar si la inhibición de BACE1 en adultos podría ser menos dañina, el grupo de investigación generó ratones que gradualmente pierden esta enzima a medida que envejecen. Estos ratones se desarrollaron normalmente y parecían mantenerse perfectamente sanos con el tiempo.

Posteriormente, los investigadores cruzaron a estos roedores con ratones que comienzan a desarrollar placas amiloides y la enfermedad de Alzheimer cuando tienen 75 días para obtener ambos procesos. La descendencia resultante también formó placas a esta edad, a pesar de que sus niveles de BACE1 fueron aproximadamente un 50% más bajos que lo normal. Sorprendentemente, sin embargo, las placas comenzaron a desaparecer a medida que los ratones continuaron envejeciendo y perdiendo la actividad BACE1, hasta que, a los 10 meses de edad, los ratones no tenían placas en el cerebro.

La disminución de la actividad de BACE1 también dio como resultado niveles más bajos de péptido beta-amiloide e invirtió otras características de la enfermedad de Alzheimer, como la activación de células microgliales y la formación de procesos neuronales anormales.

La pérdida de BACE1 también mejoró el aprendizaje y la memoria de los ratones con la enfermedad de Alzheimer. Sin embargo, cuando los investigadores realizaron grabaciones electrofisiológicas de las neuronas de estos animales, encontraron que el agotamiento de BACE1 solo restaura parcialmente la función sináptica, lo que sugiere que BACE1 puede ser necesaria para el proceso cognitivo y la actividad sináptica adecuada .

Este estudio podría proporcionar pistas sobre el proceso de inversión en la deposición de amiloide preformada para revertirse tras la eliminación secuencial y aumentada de BACE1. Estos estudios deben ser tomados con mucha precaución, pero son una esperanza como estrategias de intervención contra la sintomatología de la enfermedad de Alzheimer mediante el uso de inhibidores de BACE1, aunque sigue existiendo muchas dudas con la posible toxicidad indeseada. Los estudios futuros deberían desarrollar estrategias para minimizar las deficiencias sinápticas que surgen de la inhibición significativa de BACE1 para lograr beneficios máximos y óptimos para los pacientes de Alzheimer.

Referencia: Xiangyou Hu, Brati Das, Hailong Hou, Wanxia He, Riqiang Yan. BACE1 deletion in the adult mouse reverses preformed amyloid deposition and improves cognitive functionsThe Journal of Experimental Medicine, 2018; jem.20171831 DOI: 10.1084/jem.20171831

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Encuentran una correlación entre el Azúcar y el Alzheimer

Sugar Cubes

Se ha revelado la posible vinculación entre la glucosa en sangre y la enfermedad de Alzheimer, de tal manera que el exceso de glucosa podría dañar una enzima fundamental involucrado en respuesta a la inflamación de las primeras etapas de la enfermedad de Alzheimer.

Los niveles anormalmente altos de azúcar en la sangre, o hiperglucemia, es bien conocida como una característica típica de la diabetes y la obesidad, pero su relación con la enfermedad de Alzheimer es menos conocida, de tal manera que pacientes con diabetes tienen un mayor riesgo de desarrollar enfermedad de Alzheimer en comparación con los individuos sanos. La comunidad científica ya conoce con detalle que la glucosa y sus productos de metabolización pueden dañar las proteínas en las células a través de una reacción llamada glicación, pero el vínculo molecular específico entre la glucosa y la enfermedad de Alzheimer no se conocía con tanta exactitud.

Ahora un equipo de científicos del Departamento de Biología y Bioquímica, Química y Farmacia y Farmacología de la Universidad de Bath, trabajando con colegas en el Centro Wolfson para Enfermedades Relacionadas con la Edad del Kings College de Londres, han desentrañado con más detalle este vínculo.

La investigación ha analizado muestras de cerebro de personas con y sin enfermedad de Alzheimer mediante una técnica sensible para detectar la glicación, el equipo descubrió que en las primeras etapas metabólicas de la glucosa al producirse la glicación, daña una enzima llamada MIF (factor inhibidor de la migración), que desempeña un papel importante en la respuesta inmunológica y regulación de la insulina. MIF está implicado en la respuesta de las células del sistema nervioso en el cerebro (células gliales) a la acumulación de proteínas anormales (placas y ovillos) durante la enfermedad de Alzheimer, y los investigadores creen que la inhibición y la reducción de la actividad del MIF causada por la glicación, podrían ser el “punto de inflexión” para que finalmente la enfermedad muestre síntomas y acabe por desarrollarse.

Ahora el grupo de investigación está tratando de detectar estos cambios similares en la enzima en el torrente sanguíneo, con el objetivo de ayudar a identificar de una forma temprana los riesgo de la enfermedad de Alzheimer y conducir a nuevos tratamientos o formas de prevenir la enfermedad.

El exceso de azúcar y su influencia en la diabetes y la obesidad es muy conocida, pero esta posible relación con la enfermedad de Alzheimer y Demencias es una razón más para que controlemos nuestro consumo de azúcar en nuestras nutrición.

Referencia: Omar Kassaar, Marta Pereira Morais, Suying Xu, Emily L. Adam, Rosemary C. Chamberlain, Bryony Jenkins, Tony James, Paul T. Francis, Stephen Ward, Robert J. Williams, Jean van den Elsen. Macrophage Migration Inhibitory Factor is subjected to glucose modification and oxidation in Alzheimer’s DiseaseScientific Reports, 2017; 7: 42874 DOI: 10.1038/srep42874

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Progresos en la búsqueda de tratamiento contra la pérdida de memoria

Un nuevo estudio, publicado en la portada de la revista Biological Psychiatry, liderado por el Dr. Carlos Saura del Institut de Neurociències (INc) en la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB), revela un nuevo mecanismo molecular esencial para la codificación de la memoria asociativa en el hipocampo. Esta región del cerebro se ve afectada en las primeras etapas de varias enfermedades neurodegenerativas, incluyendo la enfermedad de Alzheimer.

La memoria asociativa es la encargada de relacionar y recordar situaciones, lugares y personas en el largo plazo. Este nuevo estudio muestra que una proteína llamada CRTC1, que regula los genes esenciales para la función de la neurona, debe activarse en el hipocampo para que la memoria asociativa puede ser procesada y almacenada.

En estudios anteriores, el grupo de investigación demostró que CRTC1 interrumpe su función en el cerebro de los pacientes Alzheimer en las primeras etapas de la enfermedad. De hecho, la memoria asociativa es una de las primeras capacidades cognitivas alteradas en pacientes con demencia. Para restaurar la función CRTC1, los investigadores han utilizado un enfoque de la terapia génica para introducir copias de este gen en un grupo de neuronas en el hipocampo de un modelo de ratón con alteración neurodegenerativa. Estos ratones tratados con esta terapia fueron capaces de recordar una experiencia negativa que tuvieron en el pasado, frente a los no tratados que no fueron capaces de recordar la experiencia y se comportaban como lo esperado. La importancia de este trabajo radica en la demostración de que la activación de neuronas específicas del hipocampo podría revertir la pérdida de la memoria incluso en etapas tardías de la neurodegeneración. El estudio aporta importantes conocimientos sobre las bases moleculares de la memoria en condiciones normales y patológicas, sobre todo en trastornos de la memoria.

Referencia: Arnaldo Parra-Damas, Meng Chen, Lilian Enriquez-Barreto, Laura Ortega, Sara Acosta, Judith Camats Perna, M. Neus Fullana, José Aguilera, José Rodríguez-Alvarez, Carlos A. Saura. CRTC1 Function During Memory Encoding Is Disrupted in NeurodegenerationBiological Psychiatry, 2017; 81 (2): 111 DOI: 10.1016/j.biopsych.2016.06.025

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Nueva estrategia para prevenir la enfermedad de Alzheimer

Un equipo de investigación de la Universidad de Lancaster y financiado por la Sociedad de Alzheimer, han desarrollado un nuevo tratamiento que podría bloquear el desarrollo de la enfermedad de Alzheimer usando gotitas microscópicas de nonoliposomas para transportar medicamentos al cerebro. Este nuevo enfoque como tratamiento, ya es utilizado para dirigir fármacos a las células cancerosas, pero ahora por primera vez, se ha aplicado con éxito en modelos animales (ratones) para tratar la enfermedad de Alzheimer.

El tratamiento utiliza estas pequeñas gotas que están recubiertas de fragmentos de proteínas que han demostrado ser capaces de detener la acumulación de placas de proteína amiloide, incluso a bajas concentraciones. Las placas amiloideas son las masas de proteínas tóxicas que causan daño a las neuronas en el cerebro de las personas con enfermedad de Alzheimer.

Los animales que recibieron el fármaco recuperaron su memoria y pudieron reconocer objetos familiares después de un período de 24 horas. En comparación, con los ratones que recibieron una inyección de placebo, los cuales no mostraron mejoría en su memoria de los objetos observados el día anterior.

El uso de nanoliposomas ofrece una forma alternativa para inhibir la acumulación tóxica de las placas amiloides sin necesidad de activar una respuesta inmune en el cerebro (otra de las estrategias que se están investigando). La esperanza de los investigadores es que este tratamiento podría algún día ser administrado por algo tan simple y no invasivo como es un spray nasal, que los pacientes podrían utilizar cómodamente de su propia casa.

Como siempre en estos caso, debemos ser muy cautos ya que todavía falta muchas fases de investigación clínica para confirmar que realmente estos tratamientos son efectivos y seguros.

Referencia: Maria Gregori, Mark Taylor, Elisa Salvati, Francesca Re, Simona Mancini, Claudia Balducci, Gianluigi Forloni, Vanessa Zambelli, Silvia Sesana, Maria Michael, Christos Michail, Claire Tinker-Mill, Oleg Kolosov, Michael Scherer, Stephen Harris, Nigel J. Fullwood, Massimo Masserini, David Allsop. Retro-inverso peptide inhibitor nanoparticles as potent inhibitors of aggregation of the Alzheimer’s Aβ peptideNanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine, 2016; DOI: 10.1016/j.nano.2016.10.006

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