La proteína tau, su papel en la enfermedad de Alzheimer y los atascos de tráfico axonal

La enfermedad de Alzheimer afecta a dos proteínas, llamadas beta amiloide y tau, que cooperan para obstruir las funciones del cerebro y afectar a las funciones cognitivas. En ratones de laboratorio se ha demostrado que la reducción de los niveles de estas proteínas previene los efectos de Alzheimer, pero no se sabe por qué. Un nuevo artículo publicado en Science sugiere que los niveles altos de la proteína beta amiloide provocan atascos (como los de tráfico) en el transporte de substancias a lo largo de los axones de las neuronas, aunque solo puede hacerlo si está presente la proteína tau. Así, la reducción de tau ayuda a prevenir los atascos de tráfico inducidos por la beta-amiloide y permite un transporte axonal fluido. Es pronto para hablar de terapias, pero este trabajo reabre el interés en el uso farmacológico de la proteína tau y sus inhibidores como terapia para el Alzheimer. El artículo técnico es Keith A. Vossel et al., “Tau Reduction Prevents Aβ-Induced Defects in Axonal Transport,” Science Express, Published Online September 9, 2010.

Una neurona se comunica con las neuronas cercanas gracias a apéndices cortos en su cuerpo llamadas dendritas y se comunica con las más lejanas gracias a un apéndice largo llamado axón. Los axones son estructuras muy largas, hasta varios miles de veces el tamaño del cuerpo de la neurona. El transporte axonal es muy importante y menudo se transportan por el axón mitocondrias y proteínas sinápticas. En la enfermedad de Alzheimer se observan al microscopio unas placas y ovillos neurofibrilares en los axones formados por péptidos beta amiloides y proteínas tau. La reducción de estos factores patógenos en ratones de laboratorio tiene un efecto protector contra la enfermedad de Alzheimer. Por ejemplo, solo la reducción de la proteína tau protege contra problemas de memoria inducidos por la beta amiloide incluso en ratones que tienen sus axones plagados de estas placas de amiloide. El péptido beta amiloide provoca una especie de atasco en el tráfico axonal en las neuronas enfermas y Vossel y sus colegas han estudiado gracias a técnicas de imagen in vivo con un microscopio de fluorescencia cómo actúan las proteínas tau (que se acoplan a los microtúbulos celulares) para facilitar el tráfico axonal de mitocondrias (orgánulos celulares con genoma propio encargados de suministrar la mayor parte de la energía necesaria para la actividad celular) y de otras substancias. El gran tamaño de las mitocondrias ha permitido seguir su transporte axonal con precisión bajo diferentes niveles de proteína tau. 

Hasta la fecha los tratamientos que se han dirigido a las placas de beta amiloide no han sido eficaces. El nuevo estudio reabre la posibilidad de usar la proteína tau como alternativa en el tratamiento de la enfermedad. Existen fármacos que pueden reducir los niveles de proteína tau y evitar los efectos tóxicos en el cerebro de los beta amiloides, con mejoras en la memoria y otras alteraciones del comportamiento. Por el momento no se sabe si los seres humanos pueden tolerar una reducción fuerte de los niveles de proteína tau en las neuronas, por lo que se está estudiando los efectos terapéuticos de reducciones pequeños de los niveles de tau. En ratones los resultados son prometedores. Pero todavía queda mucho trabajo científico para hablar de nuevas terapias. Tiempo al tiempo.

La espectroscopia de neutrinos permitirá observar la materia oscura acumulada en el interior del Sol

La materia oscura interacciona muy poco con la materia ordinaria, salvo por la gravedad. El Sol tiene una gran masa y durante su recorrido por la Vía Láctea debe haber capturado con su gravedad gran número de partículas de materia oscura en su interior. Estas partículas (WIMPs o similares) tienen una gran masa y pueden afectar a los procesos físicos en el núcleo del Sol que producen neutrinos (vía su aniquilación con la materia ordinaria). Los neutrinos producidos en el núcleo del Sol logran atravesarlo y podrían servir para descubrir las propiedades de la materia oscura que contiene su núcleo. Para ello es necesario identificar señales específicas en el espectro de energía de los neutrinos solares que sean señales inequívocas de la materia oscura que contiene el Sol. El portugués Ilídio Lopes y el británico Joseph Silk utilizando un modelo teórico han logrado encontrar señales de este tipo. En concreto en el flujo de neutrinos 8B-ν, 13N-ν, 15O-ν, y 17F-ν como función del flujo de neutrinos 7Be-ν (siendo las dos primeras señales las más claras). La figura que abre esta entrada muestra un modelo simplificado de las reacciones nucleares que producen estos neutrinos en el interior del Sol. Todavía la espectroscopia de neutrinos no permite detectar estas señales fuera de toda duda pero los avances que se esperan para los próximos años lo permitirán, quizás dentro de un lustro. Por ejemplo, gracias a proyectos como ANTARES y KM3NeT que pretenden detectar la materia oscura en el interior del Sol gracias a los neutrinos que se observan en la aniquilación de las partículas de materia oscura (abajo una figura para partículas de materia oscura predichas por la teoría mSUGRA con una masa de cientos de GeV/c²). En resumen, un gran trabajo teórico que se ha publicado en un artículo breve aceptado en Science: Ilídio Lopes, Joseph Silk, “Neutrino Spectroscopy Can Probe the Dark Matter Content in the Sun,” Science Express, Published Online September 9, 2010. Los interesados en más información técnica sobre este tema seguro que disfrutan con las 60 páginas del artículo de S. Turck-Chieze, S. Couvidat, “Solar neutrinos, helioseismology and the solar internal dynamics,” ArXiv, 4 Sep 2010 (Invited submission to Report on Progress in Physics).

Puertas lógicas nanoelectromecánicas que funcionan a alta temperatura (hasta a 500 ºC)

Uno de los grandes problemas de los circuitos microelectrónicos actuales es el calor, no funcionan bien a alta temperatura y requieren buenos sistemas de refrigeración. Una solución es reemplazar los semiconductores actuales basados en tecnología CMOS por conmutadores nanoelectromecánicos (NEMS) basados en carburo de silicio (SiC), que pueden funcionar a pleno rendimiento a temperaturas de cientos de grados centígrados. Te-Hao Lee y sus colegas publican en Science la fabricación de un inversor con esta tecnología (SiC NEMS) capaces de funcionar hasta a 500 ºC sin pérdida de rendimiento. Las aplicaciones de estos dispositivos, por ahora, se limitarán al desarrollo de sensores de temperatura “inteligentes” que integren microcontroladores, tanto en la industria del automóvil, como en aeronáutica, en geotermia y en la perforación de pozos muy profundos. En estos ambientes la temperatura oscila entre 300 y 600 ° C y la tecnología CMOS no puede ser utilizada in situ. La tecnología SiC estándar permite fabricar transistores de efecto de campo (JET) para este tipo de aplicaciones pero su tamaño, baja velocidad de conmutación y su alta tensión de umbral limitan mucho sus aplicaciones. El nuevo avance consiste en desarrollar transistores JET con tecnología SiC en una escala nanométrica, que además de una gran escala de integración permiten operar a frecuencias de microondas (hasta 1 GHz) y tensiones de umbral prácticamente nulas. Más aún, la estabilidad térmica de estos transistores es excelente y no degradan su funcionamiento al pasar de temperatura ambiente a unos 500 ºC. Un gran avance técnico que ha merecido ser publicado en el artículo técnico de Te-Hao Lee, Swarup Bhunia, Mehran Mehregany, “Electromechanical Computing at 500°C with Silicon Carbide,” Science 329: 1316-1318, 10 September 2010.