Ricerche

Ricercatori del Weill Cornell Medical College hanno sviluppato un programma per computer che monitora il modo in cui diverse forme di demenza si diffondono all'interno di un cervello umano.

Affermano che il loro modello matematico può essere usato per predire dove e quando il cervello di un paziente soffrirà dalla diffusione, da neurone a neurone, di proteine tossiche "tipo-prione", un processo che secondo loro è alla base di tutte le forme di demenza.

Le loro scoperte, pubblicate nel numero del 22 marzo di Neuron, potrebbero aiutare i pazienti e le loro famiglie a confermare una diagnosi di demenza e prepararsi in anticipo per il futuro declino cognitivo nel tempo. In futuro - quando esisteranno farmaci mirati contro la demenza - il programma potrebbe anche aiutare i medici a identificare gli obiettivi del cervello idonei per l'intervento terapeutico, spiega il ricercatore principale dello studio, Ashish Raj, Ph.D., assistente professore di informatica in radiologia al Weill Cornell Medical College.

"Si pensi a ciò come a un sistema radar meteorologico, che mostra a video i modelli climatici nella zona nelle prossime 48 ore", dice il Dr. Raj. "Il nostro modello, quando viene applicata alla scansione di risonanza magnetica di base del cervello di un individuo, può allo stesso modo produrre una mappa futura della degenerazione in quella persona nel corso dei successivi anni o decenni. Questo potrebbe consentire ai neurologi di prevedere quale sarà lo stato neuroanatomico e cognitivo associato del paziente in un qualsiasi punto nel futuro. Potranno dire se e quando il paziente svilupperà difficoltà di linguaggio, perdita di memoria, peculiarità comportamentali, e così via", dice.

Tratti di fibre cerebrali come quelli in questa immagine sono utilizzati per ottenere reti di connettività, la cui diffusione esprime la dinamica dei modelli di demenza. I colori rappresentano l'orientamento delle fibre. (Photo © Neuron)

"La conoscenza di ciò che il futuro ha in serbo consentirà ai pazienti di compiere scelte informate per quanto riguarda il loro stile di vita e gli interventi terapeutici. Ad un certo punto avremo la possibilità di individuare e migliorare la salute di regioni specifiche del cervello e tratti di fibre nervose", dice il Dott. Raj. "A quel punto, una buona previsione del futuro stato anatomico di un soggetto può aiutare ad identificare le regioni che sono promettenti bersagli per questo intervento. La diagnosi precoce sarà la chiave per prevenire e gestire la demenza".

Monitorare il flusso delle proteine

Il modello computazionale sviluppato dal Dr. Raj è l'ultima, e una delle più significative, convalide dell'idea che la demenza è causata da proteine che si diffondono nel cervello lungo reti di neuroni. Amplifica i risultati che sono stati ampiamente segnalati nel mese di febbraio che l'Alzheimer inizia in una particolare regione del cervello, ma si diffonde ulteriormente tramite proteine tossiche "tau" mal ripiegate. Tali studi, dai ricercatori del Medical Center della Columbia University e del Massachusetts General Hospital, sono stati condotti in modelli di topi e concentrati solo sull'Alzheimer.

In questo studio, il Dr. Raj definisce in dettaglio come ha sviluppato il modello matematico del flusso di proteine tossiche, e poi dimostra che esso ha previsto correttamente i modelli di degenerazione che risultano in un certo numero di diverse forme di demenza. Dice che il suo modello si basa sulla recente comprensione che tutte le forme conosciute di demenza sono accompagnate da, e probabilmente causate da, proteine anormali "mal ripiegate". Le proteine hanno una forma definita, a seconda della loro funzione specifica; ma proteine che si deformano possono produrre effetti tossici indesiderati. Un esempio è la tau, che si trova in uno stato mal ripiegato nel cervello sia dei malati di Alzheimer che dei pazienti con demenza frontale temporale (FTD). Altre proteine, come ad esempio la TDP43 e l'ubiquitina, si trovano anche nella FTD, e l'alfa sinucleina si trova nel Parkinson.

Queste proteine sono definite di "tipo prionico", perché proteine mal ripiegate, o malate, inducono la scorretta piegatura di altre proteine che toccano lungo un percorso specifico neuronale. Le malattie da prioni (come il morbo della mucca pazza) che prevedono la trasmissione di proteine mal ripiegate, sono ritenute infettive tra le persone. "Non c'è alcuna prova che l'Alzheimer o le altre forme di demenza siano contagiose in quel modo, ed è per questo la loro trasmissione è chiamata di tipo prionico".

Spiegazione semplice di modelli di demenza osservati clinicamente

Il Dr. Raj definisce "molto semplice" il suo modello di diffusione trans-neuronale delle proteine mal ripiegate. Esso modella lo stesso processo per il quale eventuali gas si diffondono nell'aria, ma nel caso delle demenze il processo di diffusione avviene lungo tratti collegati di fibre neurali nel cervello. "Questo è un processo comune attraverso il quale tutte le proteine origine di malattie possono causare una varietà di demenze", dice. Il modello identifica le sotto-reti neurali nel cervello in cui le proteine malripiegate si raccoglieranno prima di passare ad altre aree cerebrali che sono collegate da reti di neuroni.

Nel processo, le proteine alterano il normale funzionamento di tutte le aree del cervello che visitano. "Quello che è nuovo e davvero notevole è il modello stesso di diffusione di rete, che agisce sulla normale rete di connettività del cervello e riesce a riprodurre molti aspetti noti di modelli interi di malattie cerebrali nelle demenze", dice il Dr. Raj. "Questo fornisce una spiegazione molto semplice del perché diverse forme di demenza sembrano colpire aree specifiche del cervello". Nello studio, egli è stato in grado di eguagliare le forme del modello di diffusione (che tracciavano la distribuzione di proteine in un cervello sano) ai modelli di atrofia cerebrale osservati nei pazienti con Alzheimer o FTD. Tale degenerazione è stata misurata utilizzando strumenti di risonanza magnetica e altri che possono quantificare la quantità di perdita di volume cerebrale sperimentato in ciascuna regione del cervello del paziente.

Il co-autore Amy Kuceyeski, Ph.D., collega postdottorato che lavora con il Dr. Raj, ha contribuito a analizzare le misure del volume del cervello negli individui malati. "Il nostro studio dimostra che un tale meccanismo di diffusione conduce direttamente ai modelli osservati di atrofia che si vedono in varie forme di demenza", dice il Dr. Raj. "Mentre gli schemi classici della demenza sono ben noti, questo è il primo modello a mettere in relazione le proprietà della rete del cervello con i modelli e a spiegarli in maniera deterministica e predittiva". Il terzo autore che ha contribuito allo studio è Michael Weiner, MD, professore di radiologia all'Università della California di San Francisco, e ricercatore principale all'Alzheimer's Disease Neuroimaging Initiative finanziato dal National Institutes of Health.

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Fonte: Materiale della NewYork-Presbyterian Hospital/Columbia University Medical Center and NewYork-Presbyterian Hospital, via Newswise.

Riferimento: Ashish Raj, Amy Kuceyeski, Michael Weiner. A Network Diffusion Model of Disease Progression in Dementia. Neuron, 73(6) pp. 1204 - 1215 DOI: 10.1016/j.neuron.2011.12.040.

Pubblicato in ScienceDaily il 21 marzo 2012 - Traduzione di Franco Pellizzari.

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