El modelo informático de los cambios relacionados con la edad en el metabolismo cerebral puede indicar estrategias vibrantes nuevamente

Un nuevo modelo de código abierto de metabolismo cerebral, desarrollado por científicos en la épol Polytechnic Federal de losain (EPFL), ha demostrado cómo se pueden cambiar los principales productos químicos para restaurar las células antiguas en su actividad y flexibilidad juvenil.

Los modelos moleculares operados por datos basados ​​en datos existentes sobre la conversión de neuro-glia (sistema NGG) sugieren que el equipo, el modelo informático más extendido y complejo de metabolismo cerebral, se genera hasta la fecha, incluidas más de 16,800 interacciones bioquímicas entre células cerebrales, células de apoyo y proteínas y productos químicos en la sangre.

El modelo ofrece una forma de examinar el sistema altamente complejo de reacciones bio químicas que respaldan el metabolismo en el cerebro. La simulación muestra diferencias metabólicas entre las mentes jóvenes y viejas, tanto relajadas como durante la estimulación eléctrica.

Los resultados mostraron cómo los cambios relacionados con la edad en el metabolismo afectan la capacidad de las neuronas para generar impulsos eléctricos que son importantes para indicar en el cerebro. Además, el modelo predice una baja oferta y demanda en las células cerebrales crónicas, y que, a medida que envejecemos, el sistema metabólico se vuelve menos óptimo y se vuelve menos capaz de recuperarse de pérdidas o responde a los cambios.

Los recursos pueden ayudar a los científicos a identificar y probar los métodos para proteger y reparar las funciones cerebrales durante el envejecimiento, por ejemplo, a través de la dieta, el ejercicio y los nuevos objetivos de drogas.

"Este estudio proporciona una escena de rayos X en la batería, que proporciona fuerza al cerebro", dijo Henry Markram, profesor de neurociencias en la EFPL. Limitaciones en la ciencia"Ahora podemos rastrear cómo ocurre el sistema de energía del cerebro a nivel molecular". Título en su informe "Ling del metabolismo en el cerebro del envejecimiento"Los investigadores concluyeron" este recurso de código abierto debería ayudar a acelerar la investigación para mejorar nuestra comprensión de las enfermedades neurodogénativas relacionadas con la edad (como la demencia) y cómo prevenir o retrasar cómo se puede prevenir o retrasar su inicio. ,

A nivel mundial, el número de personas que viven con demencia ha aumentado de aproximadamente 57 millones de casos en 2019 a 153 millones en 2050, lo que, debido al crecimiento de la población a gran escala y la población envejecida, comentaron autores. Él dijo: "Nuestra comprensión de la degeneración neurológica relacionada con la edad es importante para identificar nuestra comprensión de los nuevos objetivos, intervenciones y biomarcadores", dijo. Y aunque las técnicas tradicionales de investigación biomédica son importantes para ayudar a identificar factores importantes, no pueden proporcionar todos los datos y relaciones complicadas, continúa el equipo. Los suplementos pueden abrir nuevas oportunidades para ayudar a mejorar esta comprensión, técnicas computacionales que crean modelos operados por datos. "Experimentos en silico podemos verificar las funciones de redes bioquímicas y celulares complejas para lograr ideas específicas y guiar la futura iniciativa de laboratorio de manera más eficiente".

Los investigadores construyeron sus modelos utilizando datos disponibles públicamente, expandiendo genes de células cerebrales en humanos y ratones. Simulación detallada: análisis de la interacción compleja entre la actividad neuronal, el metabolismo y el flujo sanguíneo) proporciona una idea de cómo el metabolismo cerebral se descompone con la edad e interrumpe su función, así como identifica posibles enfoques para restaurar la flexibilidad juvenil.

Hacemos fuertes demandas en nuestras neuronas cerebrales para navegar nuestra vida cotidiana. Esto requiere mucha energía y apoyo, lo que respalda el suministro de sangre y las células 'gliales' llamadas astrocitos. Junto con las neuronas cerebrales, el modelo contiene células gliales llamadas astrocitos, que juegan muchos roles importantes para apoyar y mantener las neuronas. Esto permite el movimiento de productos químicos dentro de estas células y entre estas células y su entorno. Es importante destacar que permite el modelado de nutrientes a las células cerebrales a través del torrente sanguíneo.

Para comprender los efectos del envejecimiento en el metabolismo del cerebro, el equipo utilizó modelos para comparar los estados metabólicos de la mente joven y envejecida. En total, calculó el impacto de los cambios relacionados con la edad en 16.800 interacciones entre neuronas, glía y proteínas sanguíneas y productos químicos.

En su informe, el equipo afirmó: "Es el modelo molecular más amplio del sistema de conversión neuro-glia hasta la fecha, que integra los principales sistemas celulares y subcontriculares, moléculas, rutas metabólicas y energía cerebral integra los procesos necesarios para el metabolismo y el flujo sanguíneo con el flujo sanguíneo".

El modelo mostró que los cambios en el volumen de algunas moléculas pueden tener efectos de golpe complejos, que simultáneamente afectan varias reacciones metabólicas diferentes. Esto significaba que las células eran más vulnerables al daño porque pudieron reducir y recuperarse.

La escritora principal Polyina Shichkova, PhD, comentó: "Nos sorprendió los individuos de reacciones moleculares, regulación estricta e indicaciones dentro de este sistema.

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Cuando comparan los resultados de los datos experimentales no utilizados para el entrenamiento, el modelo hizo una predicción precisa de los cambios en la actividad bioquímica en las neuronas con edad. Esto verificó una herramienta de investigación y su utilidad como el valor de sus hallazgos. Los científicos dijeron: "Aceptamos un modelo a gran escala contra los datos experimentales (no utilizados para fabricar modelos) informados sobre cómo cambiamos las actividades de enzimas y transportadores y concentraciones de metabolitos en respuesta a la emoción". "La estabilidad entre la simulación y los datos experimentales sugiere que el modelo atrapa correctamente los elementos más esenciales del sistema metabólico del cerebro".

El modelo también se puede utilizar para comprender las mutaciones genéticas, las deficiencias de las enzimas y los efectos de varios tratamientos o intervención. Dichos hallazgos pueden ayudar a dirigir los experimentos de laboratorio o clínicos para probar posibles nuevos tratamientos.

Shichkova dijo: "Este enfoque de modelado era requerido debido a la complejidad del sistema, que no se pudo estudiar fácilmente. Si bien el modelo se realizó a partir de datos experimentales, las profecías de simulación del comportamiento de la red molecular guiarán la investigación biológica a su vez".

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El descubrimiento permitió al equipo comprender el complejo sistema molecular que determina el envejecimiento de la fuerza del cerebro, la flexibilidad y la adaptabilidad. Al cambiar la cantidad de productos químicos principales, los investigadores encontraron que las células antiguas podrían volver a restaurar sobre su actividad juvenil y flexibilidad.

Los investigadores utilizaron modelos para identificar posibles objetivos de drogas que pueden restaurar la flexibilidad para las células cerebrales. Identificó un factor de transcripción (TF) llamado receptor alfa receptor relacionado con estrógenos (ESRRA), que se asocia con la disminución estimada de la edad. Los autores declararon: "Este TF controla la expresión de muchos genes metabólicos, incluidas las funciones mitocondriales, la biogénesis y la rotación, así como la ignorancia de los lípidos", autores. Este descubrimiento, sugieren, puede llevar a cabo una mayor investigación en el desarrollo de un tratamiento efectivo para apoyar las neuronas envejecidas.

Además de destacar posibles objetivos de drogas, el modelo indicó la ventaja potencial del complemento del complemento con nicotinamida adenin dinucliotida (NAD), una molécula que juega un papel importante en el suministro de energía del cerebro. Los suplementos de burbuja NAD se han estudiado previamente como una posible terapia de envejecimiento saludable.

El análisis de los resultados del equipo del equipo también encontró que los cambios en el estilo de vida pueden ayudar a restaurar la adaptabilidad metabólica del cerebro. Sus hallazgos indicaron tres productos químicos, cuyos niveles pueden reemplazarse a través de cambios en el estilo de vida. Estos implicaron reducir el azúcar en la sangre, que se obtiene a través de la dieta, el β-hidroxibutirato en la sangre, un tipo de cetona, que se obtiene a través de la dieta, y aumenta el lactato en sangre, que se obtiene a través del ejercicio físico.

Estos hallazgos coinciden con otras intervenciones antienvejecimiento propuestas. Por ejemplo, la dieta cetogénica y las restricciones calóricas, el β-hidroxibutirato en la sangre y aumentan el nivel de glucosa bajo. Mientras tanto, el ejercicio ayuda a mejorar la salud del cerebro y el envejecimiento lento al aumentar los niveles de lactato en sangre.

Los investigadores procedieron en su documento, "el modelo predijo baja fuerza, flexibilidad y adaptación metabólica en el cerebro que envejece e identificó factores de transcripción y posibles terapia y estrategias antienvejecimiento asociadas con diversos envejecimiento". “El estudio identificado en el estudio, incluida la dieta, el ejercicio, la suplementación de NAD, el transbordador NAD y la NA.^,/K^,-Ascasa de modulación, intervenciones antienvejecimiento propuestas, como restricciones de calorías, dieta cetogénica y ejercicio bien. ,

Shichkova dijo: "Si bien hay varios pasos entre las predicciones de modelo computacional y la orientación práctica para las personas, algunas sugerencias de nuestro modelo incluyen suplemento ya aprobado, cambio dietético o hábitos de estilo de vida. Nuestros hallazgos que ya sabemos sobre estos factores de estilo de vida proporcionarán un sistema no natural detallado en nuestro modelo. Teniendo en cuenta los límites de su investigación, los autores concluyeron: "... estos amplios datos del sistema de agrandamiento ofrecen una nueva herramienta de investigación para el comportamiento eléctrico neuronal de las parejas con el metabolismo de la energía cerebral y el flujo sanguíneo".

El estudio fue parte del Proyecto Blue Brain, cuyo objetivo es desarrollar simulación y reconstrucción del cerebro del ratón. El modelo estará disponible en la plataforma Open Brain alojada por el modelo. Instituto de cerebro abiertoPermite que los neurocísticos ejecutaran simulación sobre la investigación.

El equipo espera que ayude a acelerar la investigación en enfermedades neurodenativas relacionadas con la edad, como la demencia. El metabolismo energético es una posible causa raíz de tales condiciones, por lo que una mayor investigación sobre él, así como la validación de conclusiones en sujetos humanos, pueden ayudar a encontrar nuevas formas de promover el rescate cerebral.