Un nuevo estudio liderado por la Universidad Hebrea de Jerusalem ha descubierto que el autoensamblaje de las proteínas amiloides, asociadas con la enfermedad de Alzheimer, puede ser controlado por superficies magnéticas.
La investigación encontró que la orientación magnética de una superficie puede afectar significativamente la forma en que ciertas proteínas, específicamente las asociadas con la enfermedad de Alzheimer, se ensamblan en estructuras más grandes. Los resultados sugieren que una propiedad física conocida como espín de electrones puede influir en el autoensamblaje biológico, con implicaciones potenciales para comprender y posiblemente intervenir en condiciones neurodegenerativas.
El estudio fue dirigido por Yael Kapon, estudiante de doctorado en el Instituto de Física Aplicada de la Universidad Hebrea de Jerusalem, bajo la dirección del profesor Yossi Paltiel y en colaboración con el profesor Ehud Gazit de la Universidad de Tel Aviv.
Campos magnéticos y fibrillas amiloides
En el centro de la investigación se encuentra la beta amiloide (Aβ₁-₄₂), un péptido corto que se sabe que forma fibrillas y placas pegajosas en los cerebros de las personas con enfermedad de Alzheimer. Usando superficies magnetizadas, el equipo investigó cómo se agregan estos péptidos y si la orientación del espín del sustrato, esencialmente, la dirección en la que se alinean los electrones podría afectar el proceso.
Los resultados fueron sorprendentes. Cuando la magnetización de la superficie se alineó en una dirección, las proteínas amiloides formaron casi el doble de fibrillas, algunas hasta 20 veces más largas, en comparación con cuando se invirtió la magnetización. El patrón también cambió cuando los investigadores usaron una versión del péptido con quiralidad opuesta (o “lateralidad” molecular), lo que indica un fuerte efecto dependiente del espín.
Estos comportamientos son consistentes con un fenómeno conocido como selectividad de espín inducida por quirales (CISS), en el que las moléculas quirales (asimétricas) interactúan de manera diferente con los electrones según su espín. Si bien este efecto se ha estudiado en química y ciencia de materiales, solo recientemente ha comenzado a explorarse en sistemas biológicos.
Comprender el papel del espín en biología
Los autores del estudio creen que la interacción entre la quiralidad molecular y el espín de los electrones podría desempeñar un papel previamente subestimado en el autoensamblaje de proteínas. Utilizando técnicas como la microscopía electrónica y la espectroscopia infrarroja, también encontraron que las estructuras amiloides resultantes variaban no solo en tamaño y cantidad, sino también en su disposición molecular subyacente, nuevamente dependiendo de la dirección de magnetización.
“Estamos empezando a ver que la biología puede ser más sensible al espín de lo que pensábamos”, dijo el profesor Yossi Paltiel de la Universidad Hebrea. “Nuestro trabajo muestra que las fuerzas relacionadas con el espín pueden influir directamente en la forma en que se agregan las proteínas. Esa es una nueva dimensión para considerar cuando se piensa en enfermedades como el Alzheimer, que implican la acumulación de este tipo de fibrillas”.
El Prof. Ehud Gazit, un destacado experto en autoensamblaje de proteínas en la Universidad de Tel Aviv, agregó: “Estos hallazgos agregan una nueva capa a nuestra comprensión de la formación de amiloide. Sugieren que las propiedades físicas como el espín de los electrones, no solo las interacciones bioquímicas, pueden desempeñar un papel significativo en el desarrollo de estas estructuras dañinas. Esto abre nuevas posibilidades para diseñar tecnologías que influyan en el comportamiento de las proteínas de manera específica y no invasiva”.
Mirando hacia el futuro: aplicaciones y posibilidades
Si bien los hallazgos aún se encuentran en el ámbito de la investigación básica, apuntan a nuevas formas de pensar sobre cómo controlar la agregación de proteínas no deseadas.
El equipo sugiere que los materiales magnetizados o polarizados por espín, como las nanopartículas especialmente diseñadas o las membranas de filtración, podrían algún día usarse para influir o interrumpir selectivamente la formación de estructuras amiloides dañinas. Tales tecnologías podrían encontrar aplicaciones no solo en el tratamiento de enfermedades neurodegenerativas, sino también en el tratamiento de la amiloidosis relacionada con la diálisis y otras afecciones médicas.
“Este estudio nos da una nueva herramienta para probar cómo se unen las proteínas”, dijo Kapon. “Esperamos que ayude a guiar futuras investigaciones sobre cómo ralentizar, prevenir o redirigir estos procesos de forma controlada”.
La investigación se suma a un creciente cuerpo de trabajo que explora cómo las propiedades físicas, más allá de las interacciones químicas, pueden influir en el comportamiento biológico. También destaca el valor de la colaboración interdisciplinaria, que reúne física, química y biomedicina.
El documento de investigación titulado “Controlling Amyloid Assembly Dynamics Using Spin Interfaces”, ya está disponible en ACS Nano.
Investigadores:
Yael Kapon1, Dror Merhav1, Gal Finkelstein-Zuta2, Omer Blumen3, Naomi Melamed-Book4, Yael Levi-Kalisman5, Ilya Torchinsky5, Shira Yochelis1, Daniel Sharon3, Lech Tomasz Baczewski6, Ehud Gazit2, Yossi Paltiel1.
Instituciones:
1) Instituto de Física Aplicada, Universidad Hebrea de Jerusalem.
2) Escuela Shmunis de Biomedicina e Investigación del Cáncer, Universidad de Tel Aviv.
3) Instituto de Química, Universidad Hebrea de Jerusalem.
4) Unidad de Bioimagen, Instituto Alexander Silberman para las Ciencias de la Vida, Universidad Hebrea de Jerusalem.
5) Centro Krueger para Nanociencia y Nanotecnología, Universidad Hebrea de Jerusalem.
6) Instituto de Física, Academia Polaca de Ciencias, Varsovia.
