IGF y otros factores neurotróficos en pacientes con demencia

Introducción Demencia La prevalencia estimada de demencia en Dinamarca es de 85.000 (2011) y la prevalencia mundial se acerca a los 36 millones (2010). Además, se prevé que el número se duplique en los próximos 20 años, principalmente debido al envejecimiento demográfico. Los costos de la demencia representan el 1 % del PIB mundial, una perspectiva que pondrá a prueba los sistemas de salud y las economías nacionales actuales (1,2,3).

La demencia incluye una serie de enfermedades cerebrales degenerativas progresivas. La demencia se caracteriza por un deterioro progresivo de la cognición, la función y el comportamiento que es lo suficientemente grave como para comprometer el funcionamiento social y laboral. La demencia se caracteriza por pérdida de la memoria episódica, dificultad para nombrar y encontrar palabras, apraxia, disfunción ejecutiva y cambios en la personalidad y el estado de ánimo. La causa más común de demencia es la enfermedad de Alzheimer (4, 5, 6).

La patogenia de la demencia de Alzheimer sigue siendo esquiva. Durante muchos años, el sello fisiopatológico de la demencia de Alzheimer ha sido la toxicidad causada por la acumulación de proteínas beta-amiloide en placas y tau fosforilada asociada con ovillos neurofibrilares. Sin embargo, esta teoría se basa en el "Alzheimer familiar de inicio temprano" genético, que es un tipo hereditario menos frecuente. Actualmente, las hipótesis sobre la patogenia del Alzheimer en realidad no concuerdan con la teoría de la beta-amiloide. Por lo tanto, existe la necesidad de aumentar nuestra comprensión de los mecanismos que conducen a las formas más comunes de la enfermedad de Alzheimer. Una mejor comprensión de la enfermedad puede permitir un diagnóstico más temprano y, lo que es más importante, un tratamiento causal del Alzheimer en lugar de las opciones meramente sintomáticas disponibles en la actualidad (4, 7, 8, 9).

Sistema IGF Una de las principales áreas de investigación reciente en la demencia es el papel del apoyo neurotrófico, un área de investigación que abarca la insulina y el sistema del factor de crecimiento similar a la insulina. La insulina y el sistema IGF son importantes en el crecimiento, desarrollo, reparación y regeneración de tejidos somáticos normales a lo largo de la vida. Estudios anteriores han indicado que las deficiencias en la utilización de la glucosa cerebral y el metabolismo energético representan anomalías muy tempranas que preceden o acompañan a las etapas iniciales del deterioro cognitivo. Sin embargo, la diabetes tipo 2, que a menudo se caracteriza por la resistencia a la insulina, no se ha establecido como causa del Alzheimer, aunque existe una correlación entre la resistencia a la insulina y la disfunción cognitiva.

Las vías de señalización celular de IGF-I e IGF-II se superponen en gran medida con las vías utilizadas por la insulina, y las tres proteínas se unen a los mismos receptores aunque con diferentes afinidades. Varios estudios han demostrado que la relación entre las concentraciones de IGF-I en el líquido cefalorraquídeo (LCR) y el plasma (la relación LCR/plasma) se reduce en pacientes con Alzheimer. Curiosamente, el IGF-I parece promover la eliminación de beta-amiloide.

El IGF-II se ha estudiado menos, pero se expresa en el cerebro tanto durante el desarrollo como en la edad adulta y disminuye con el envejecimiento. En el cerebro, la concentración relativa es más alta en el hipocampo. (10-14). Además, nuestro grupo dispone de datos novedosos que indican que en el LCR, el IGF-II es el factor de crecimiento más importante a la hora de activar el receptor de IGF-I (Mia-Maiken Kallestrup et al., manuscrito en preparación).

Memoria La memoria es una cuestión de consolidación mediante la cual la información lábil recién aprendida se vuelve más fuerte y resistente a la disrupción. Este proceso depende de la síntesis de ARN y proteínas de novo y de la función de la proteína de unión al elemento de respuesta cAMP (CREB) y la proteína de unión al potenciador CCAAT (C/EBP), ambos factores de transcripción. Estudios anteriores han demostrado que existe un sitio de unión para C/EBP en la región promotora del gen IGF-II en el hígado y otros tejidos (10).

IGF-II y la memoria Para resolver el enigma de la demencia, es importante explicar los cambios tempranos en los biomarcadores en las primeras etapas de la demencia y, por lo tanto, posiblemente revelar la patogenia y los posibles tratamientos. Un experimento con ratas y memoria podría haber dado ya el primer paso hacia esto. Se ha demostrado que la administración de IGF-II a ratas mejora significativamente la retención de la memoria y evita el olvido. Además, el aprendizaje de evitación inhibitoria (un paradigma en el que el sujeto aprende a asociar un contexto particular con la ocurrencia) conduce a un aumento en la expresión hipocampal de IGF-II. Por último, aunque importante, las inyecciones de IGF-II recombinante en el hipocampo después del entrenamiento o la recuperación de la memoria mejoran significativamente la retención de la memoria y evitan el olvido (10).

Factores de crecimiento neurotróficos:

El cerebro humano adulto es capaz de generar nuevas neuronas a pesar de que tiene una capacidad limitada. Posiblemente esta capacidad dependa de suficientes factores de crecimiento neurotróficos. Los factores neurotróficos incluyen el factor de crecimiento nervioso (NGF) y el factor neurotrófico derivado del cerebro (BDNF).

El BDNF es importante en la supervivencia neuronal, la plasticidad sináptica y la memoria, lo que junto con la tendencia de niveles elevados de BDNF en las primeras etapas de la enfermedad de Alzheimer indican una conexión. El aumento de BDNF en etapas tempranas de la enfermedad de Alzheimer podría ser un reflejo de la compensación de la neurodegeneración. Durante la progresión de la enfermedad de Alzheimer, el nivel de BDNF está disminuyendo a un nivel de personas mayores sanas.

NGF induce el crecimiento de las neuronas y mantiene la proliferación de neuronas interactuando con otros factores de crecimiento. Los niveles de NGF en suero, LCR o cerebro no parecen diferir entre los pacientes de Alzheimer y los pacientes ancianos normales, pero parecen variar entre las diferentes regiones del cerebro. Finalmente, el patrón de expresión de BDNF y NGF se correlaciona altamente con la concentración de amiloide (15).

Grupo de diferenciación 163 (CD-163) CD-163 es un receptor eliminador, que reconoce y capta macromoléculas para el complejo hemoglobina-haptoglobina y sus niveles en una indicación de activación de monocitos-macrófagos. La forma soluble del receptor se llama sCD163 y se encuentra en el plasma. Los niveles plasmáticos de sCD163 están regulados al alza en una amplia variedad de enfermedades inflamatorias (16).

Hipótesis Los pacientes con demencia tienen una concentración y/o actividad desreguladas de IGF-I, IGF-II, NGF, BDNF y sCD-163 en el líquido cefalorraquídeo.

Propósito Definir la concentración y la actividad biológica de IGF-I, IGF-II, BDNF, NGF y sCD-163 en el líquido cefalorraquídeo y el suero en pacientes con Alzheimer en comparación con controles (pacientes con síntomas o enfermedades neurológicas no especificadas).

Método Población de estudio Todos los pacientes participantes deben ser mayores de 18 años. Se excluyen del estudio en caso de neuroinfección bacteriana aguda y hemorragia aguda. La población de estudio de este proyecto incluirá a todos los pacientes con demencia establecida o sospechada, que se someterán a una punción lumbar en el Departamento de Neurología del Hospital Universitario de Aarhus como parte de su trabajo de diagnóstico.

Los controles incluyen pacientes con síntomas o enfermedades neurológicas no especificadas que se someterán a una punción lumbar en el Departamento de Neurología del Hospital Universitario de Aarhus como parte de su trabajo de diagnóstico, independientemente de este estudio.

Los pacientes recibirán información sobre el proyecto de investigación y se les pedirá que den su contenido a la participación. La participación implica la extracción de 2-3 ml extra de líquido cefalorraquídeo y una muestra de sangre adicional (10 ml), que se utilizará para el análisis de los componentes del sistema IGF y los factores neurotróficos. Los participantes no recibirán ninguna forma de pago, pero pueden recibir una compensación por el transporte.

En todo momento durante el trabajo de diagnóstico y en consecuencia en el proyecto de investigación se tendrá en cuenta el estado mental y físico del paciente. El proyecto de investigación se llevará a cabo de acuerdo con la Ley de Tratamiento de Datos Personales.

En el Departamento de Neurología del Hospital Universitario de Aarhus, la Clínica de Demencia utiliza la punción lumbar como herramienta de diagnóstico en aproximadamente tres pacientes por semana. Se estima que alrededor de 1/3 a 1/2 de estos pacientes terminarán con el diagnóstico de Alzheimer y estos pacientes finalmente serán incluidos en el proyecto durante un período de 36 a 40 semanas. En general, durante el período de estudio, esto permitirá la inclusión de 50-60 pacientes.

Análisis El líquido cefalorraquídeo y el suero serán analizados en el Laboratorio de Investigaciones Médicas. Las muestras de líquido cefalorraquídeo y de sangre se depositarán en un biobanco de investigación en el Hospital Universitario de Aarhus. El plan es llevar a cabo todos los análisis bioquímicos al mismo tiempo cuando se recolectan todas las muestras. En caso de tener conocimiento en el campo, tenemos la intención de depositar las muestras durante 5 años después de este proyecto. Si las muestras se utilizarán para otro proyecto, el Comité Nacional de Ética de la Investigación en Salud y la Agencia Danesa de Protección de Datos exigirán una solicitud una vez más.

Las concentraciones inmunológicas de IGF-I e IGF-II se miden mediante análisis internos validados. Además, el Hospital Universitario de Aarhus tiene una técnica única mediante la cual es posible medir la bioactividad de IGF-I y -II en el líquido cefalorraquídeo. La técnica se basa en un bioensayo interno basado en células desarrollado en 2003. Este método tiene en cuenta que una gran parte del IGF-I y del IGF-II está unido a proteínas y, por lo tanto, se considera biológicamente inactivo. El bioensayo puede medir la capacidad tanto del suero como del líquido cefalorraquídeo para estimular el IGF-IR in vitro, lo que hace que el método sea mucho más específico. Las investigaciones piloto de nuestro grupo han demostrado que es posible medir la actividad biológica de IGF-IR en el líquido cefalorraquídeo. Se ha probado que:

i) La actividad biológica de IGF in vitro del líquido cefalorraquídeo proviene principalmente de IGF-II ii) La actividad biológica es mucho más alta de lo esperado en comparación con medidas simples de concentración debido a las bajas concentraciones de proteínas de unión a IGF.

Las concentraciones inmunológicas de las proteínas de unión a IGF se medirán mediante inmunoensayos comerciales o desarrollados internamente y técnicas de transferencia de ligandos.

Las concentraciones de NGF, BDNF y sCD-163 en líquido cefalorraquídeo y suero se analizarán mediante técnicas ya establecidas y el líquido cefalorraquídeo se examinará con espectrometría.

Examen clínico El examen clínico se realizará como parte natural del examen de la demencia. Esto incluye el historial médico y un examen objetivo, tomografía computarizada y pruebas cognitivas que incluyen MMSE (mini-examen del estado mental) y ACE (examen cognitivo de Adenbrooke). En caso de duda se realizará una exploración más amplia por un neurofisiólogo. La información del examen clínico en forma de historia clínica se utilizará para evaluar la posibilidad de demencia como diagnóstico, incluida la progresión de la enfermedad y, por lo tanto, para evaluar las posibles concentraciones y/o actividades desreguladas de IGF-I, IGF-II, NGF, BDNF y sCD-163 en líquido cefalorraquídeo.

Potencia La bioactividad de IGF en líquido cefalorraquídeo en pacientes con demencia no se ha determinado anteriormente. Los datos piloto indican que la bioactividad de IGF-II en personas sanas (n= 9) es de 57 ± 13 ng/ml (media ± DE). Si la diferencia en un grupo de pacientes se establece en 26 ng/ml ( ̴ 2 x DE), la inclusión de 10 personas por grupo otorga al proyecto una potencia del 90 % mediante el uso de ANOVA y un nivel significativo del 5 %. Por ello se ha optado por incluir 15 pacientes en el proyecto.

Estadística El programa ANOVA se utilizará para los análisis estadísticos. Se utilizarán pruebas paramétricas o no paramétricas dependiendo de la distribución normal de los datos. En todos los análisis estadísticos se utilizará un nivel de significancia del 5%.

Perspectiva Como se mencionó anteriormente, los costos de la demencia ya representan el 1% del PIB mundial y se espera que la prevalencia de la demencia se duplique en los próximos veinte años. La naturaleza progresiva de la enfermedad hace que se estima que el 43% de los casos con demencia necesitan un alto nivel de atención (equivalente a una residencia de ancianos). Por lo tanto, es obvio que la prevención, el inicio tardío, la progresión más lenta y la posible curabilidad son factores cruciales no solo para el bienestar de los pacientes y familiares, sino también para la economía de los sistemas de atención médica. (2,17) Este proyecto de investigación se basa en la teoría reciente de la demencia como una enfermedad en el sistema IGF, pero a diferencia de otros estudios, podemos medir las concentraciones y la bioactividad. Esto potencialmente abrirá un mayor conocimiento sobre la dinámica de la demencia y, por lo tanto, potencialmente revelará una mayor comprensión de la patogenia y los objetivos médicos de la demencia.

Consideraciones éticas Consideraciones éticas en general Las pruebas realizadas a los pacientes involucrados en este proyecto de investigación son punción lumbar y muestras de sangre. Ambas pruebas se realizarán como parte del trabajo de diagnóstico independientemente de este estudio.

La realización de una punción lumbar conlleva algunos riesgos, entre los que se encuentran la cefalea post punción lumbar con una incidencia del 12 %, pero es más frecuente en pacientes más jóvenes. Con mayor frecuencia, el dolor de cabeza tiene una duración breve y puede curarse con la aplicación de un parche de sangre. El uso de una aguja para la punción lumbar puede causar dolor lumbar temporal y una acumulación Consideraciones éticas para pacientes con demencia El grupo de pacientes en cuestión provoca una consideración ética extendida. Como se mencionó anteriormente, los síntomas de la demencia provocan pérdida de memoria, dificultad para encontrar las palabras correctas y comprender lo que dice la gente. Como tal, es cuestionable si los pacientes pueden tomar una decisión independiente sobre su participación en el proyecto (6).

A todos los pacientes con demencia se les realizarán todas las pruebas como parte del trabajo de diagnóstico estándar para la demencia. Por lo tanto, este estudio no introduce ninguna investigación adicional que defienda el aspecto ético de este estudio. Teniendo en cuenta el bajo riesgo que implica este proyecto, las formas leves de demencia y la alta prevalencia y gravedad de la enfermedad, evaluamos este proyecto como éticamente aceptable. Además, es de gran importancia examinar la patogenia y los posibles objetivos de la demencia.

Objetivo Se publicarán los resultados positivos, negativos y no concluyentes de este estudio. Los resultados serán la base de un informe anual de investigación y un artículo para su publicación en una revista revisada por pares escrita en inglés.