El nuevo método de seguimiento de los cambios en los vasos sanguíneos podría avanzar en la detección de enfermedades cerebrales

Si bien los trastornos cerebrales relacionados con la edad, como la enfermedad de Alzheimer, a menudo se desarrollan lentamente a lo largo de la vida de un individuo, por lo general no se detectan hasta que los síntomas ya han comenzado. Con eso en mente, los equipos de investigadores biomédicos dirigidos por científicos de la Universidad de Brown han estado explorando durante años si las enfermedades neurodegenerativas devastadoras podrían detectarse décadas antes, tal vez a través de algo tan simple como un examen ocular de rutina en lugar de una batería de pruebas de diagnóstico.

En un nuevo estudio, uno de los equipos dirigidos por Brown describe los primeros pasos para hacer de eso una posibilidad. se muestran en Comunicaciones de la naturaleza que es posible rastrear cómo cambian los vasos sanguíneos en el cerebro de los ratones durante largos períodos de tiempo. Los resultados comienzan a brindar a los investigadores biomédicos una herramienta para identificar y estudiar biomarcadores en estos vasos sanguíneos que pueden contener pistas fundamentales para la detección temprana de enfermedades neurodegenerativas progresivas como el Alzheimer, el Parkinson, la enfermedad de Huntington y la esclerosis múltiple.

La esperanza es que luego puedan usar su método para obtener imágenes de la retina en ratones para buscar estos biomarcadores, y desde allí escalar para obtener imágenes de la retina de los humanos para estudiar y rastrear cómo cambian los vasos sanguíneos. El trabajo se encuentra entre una serie de esfuerzos de investigación de los científicos de Brown para detectar el Alzheimer temprano al mirar a los ojos.

«En este artículo, mostramos que usando nuestra tecnología de imágenes podemos obtener imágenes del cerebro del mismo animal una y otra vez durante casi un año, midiendo las propiedades de los vasos sanguíneos del cerebro», dijo el autor principal del estudio, Jonghwan Lee, un profesor asistente en la Escuela de Ingeniería de Brown y el Instituto Carney para la Ciencia del Cerebro. «Los resultados potencialmente abren un camino para poder predecir cuándo alguien está en riesgo de desarrollar estas enfermedades neurodegenerativas y para los médicos que prescriben tratamientos tempranos para ellas».

El seguimiento de cómo cambian los vasos sanguíneos cerebrales durante períodos prolongados en personas que desarrollan enfermedades neurodegenerativas relacionadas con la edad, en comparación con el aspecto normal del cambio, ha sido durante mucho tiempo un objetivo para los científicos. Se cree que los vasos sanguíneos cerebrales en las personas que desarrollan enfermedades cerebrales muestran signos de degradación y deterioro décadas antes de que comiencen los síntomas de la enfermedad.

«Si podemos detectar el cambio en los vasos sanguíneos en el cerebro, o en la retina, durante largos períodos de tiempo, durante mucho tiempo se ha considerado que es posible predecir la aparición de este tipo de enfermedades», dijo Lee.

Los desafíos en los métodos microscópicos actuales han hecho que este tipo de seguimiento longitudinal sea extremadamente arduo, sin embargo, requiere varias soluciones. El equipo de investigación, que también incluyó a científicos de la Escuela de Medicina y la Escuela de Salud Pública Warren Alpert de Brown, se dispuso a encontrar un enfoque más directo.

El nuevo método que crearon combina técnicas de imagen avanzadas y algoritmos de inteligencia artificial para rastrear cambios en la dinámica y la anatomía de los vasos sanguíneos del cerebro. Los investigadores utilizaron el método para medir estos cambios en 25 ratones diferentes durante más de siete meses.

Según el estudio, el equipo de investigación se centró en una prueba de imagen no invasiva llamada tomografía de coherencia óptica. La OCT usa ondas de luz para mirar a través de la retina y obtener imágenes de los vasos sanguíneos que rodean el nervio óptico. El equipo adaptó varias técnicas de OCT para obtener imágenes de los vasos sanguíneos del cerebro, como los vasos piales, los vasos corticales y la red capilar. Luego integraron los métodos OCT con algoritmos de procesamiento de imágenes para buscar patrones en los datos que recopilaron de ratones normales y ratones modelo con enfermedad de Alzheimer.

Al analizar los datos, notaron diferencias entre los cambios normales relacionados con la edad y los cambios vasculares provocados por la enfermedad.

«Encontramos varios biomarcadores candidatos, como que los vasos sanguíneos grandes se vuelven más delgados y el flujo sanguíneo se reduce y, lo que es más interesante, el patrón de la red de vasos se altera significativamente, en comparación con los animales que envejecen normalmente», dijo Lee.

El objetivo final es afinar el método y recopilar suficientes datos para que los algoritmos del grupo puedan analizar y predecir a través de exámenes oculares regulares la posibilidad de que una persona desarrolle enfermedades neurodegenerativas años antes de que lo haga. El equipo está muy lejos de este objetivo, pero ha tenido un buen comienzo con la prueba de concepto en ratones, que actúan como organismos modelo. En los próximos años planean mirar más de cerca los biomarcadores que encontraron e identificar más. El siguiente paso es obtener imágenes de los vasos sanguíneos en las retinas de los ratones.

El trabajo fue codirigido por el estudiante de la Facultad de Medicina de Warren Alpert, Konrad W. Walek, mientras estudiaba en el Departamento de Neurociencias de Brown, y Sabina Stefan, cuando era estudiante de posgrado en la Facultad de Ingeniería de Brown. Ambos trabajaron en el laboratorio de Lee. Otros autores de Brown incluyen a Jang-Hoon Lee, Anna H. Kim, Seong Wook Park, Tao Liu, Yu-Wen Alvin Huang y Christopher Moore.