Estudio mediante simulación computacional de los efectos electrofisiológicos de la desmielinización en neuronas individuales en la enfermedad de Alzheimer

Abstract

[ES] La desmielinización de diferentes tipos de neuronas es una afección severa en el sistema nervioso que provoca enfermedades graves tales como la esclerosis múltiple. Adicionalmente, su influencia es determinante aunque mucho menos conocida en otra patología muy relevante: la enfermedad de Alzheimer. El estudio de los efectos electrofisiológicos de la pérdida de mielina se lleva a cabo tradicionalmente en preparaciones experimentales. Sin embargo, la simulación computacional contribuye al estudio sistemático de sus efectos, pudiendo profundizar en determinados parámetros electrofisiológicos de manera más cuantitativa. En este trabajo se ha desarrollado una herramienta de software capaz de simular el comportamiento electrofisiológico de diferentes tipos de neuronas mielinizadas, que será utilizado para estudiar los fundamentos teóricos de la desmielinización progresiva y sus efectos en la morfología del potencial de acción y en la velocidad de propagación por el axón. Asimismo, también se evaluará el efecto en esos mismos parámetros electrofisiológicos de los dos depósitos proteicos tradicionalmente asociados al Alzheimer: depósitos de β-amiloide y oligómeros de Tau. Para ello, se utilizarán y programarán dos modelos: uno más sencillo y rápido, y otro más completo y detallado. El análisis extraído de los resultados provistos por las simulaciones ilustra que la desmielinización es un proceso determinante en la alteración de la formación y propagación del potencial de acción en varios tipos de neurona,siendo, en determinados casos, complementario o incluso más intenso que los efectos observados tras la acumulación de agregados proteicos tóxicos. Estas resoluciones son igualmente válidas, en general, tanto para neuronas auto excitables (cuyo mecanismo de generación también se explorará) como no excitables.

[CAT] La desmielinització de diferents tipus de neurones és una afecció severa al sistema nerviós que provoca malalties greus com l'esclerosi múltiple. Addicionalment, la seva influència és determinant, encara que molt menys coneguda en una altra patologia molt rellevant: la malaltia d'Alzheimer. L'estudi dels efectes electrofisiològics de la pèrdua de mielina es fa tradicionalment en preparacions experimentals. Tot i això, la simulació computacional contribueix a l'estudi sistemàtic dels seus efectes, podent aprofundir en determinats paràmetres electrofisiològics de manera més quantitativa. En aquest treball es pretén desenvolupar una eina de programari capaç de simular el comportament electrofisiològic de diferents tipus de neurones mielinitzades, que serà utilitzat per estudiar els fonaments teòrics de la desmielinització progressiva i els seus efectes en la morfologia del potencial dacció i en la velocitat de propagació per l'axó. Així mateix, també s'avaluarà l'efecte en aquests mateixos paràmetres electrofisiològics dels dos dipòsits proteics tradicionalment associats a l'Alzheimer: dipòsits de β-amiloide i oligòmers de Tau. Per fer-ho, s'utilitzaran i programaran dos models: un de més intuïtiu i ràpid, i un altre de més complet i detallat. L'anàlisi extreta dels resultats proveïts per les simulacions il·lustra que la desmielinització és un procés determinant en l'alteració de la formació i la propagació del potencial d'acció en diversos tipus de neurona; sent, en determinats casos, complementari o fins i tot més intens que els efectes observats després de l'acumulació d'agregats proteics tòxics. Aquestes resolucions són igualment vàlides, en general, tant per a neurones autoexcitables (el mecanisme de generació de les quals també s'explorarà) com no excitables.

{EN] Demyelination of different types of neurons is a severe condition in the nervous system that causes serious diseases such as multiple sclerosis. Additionally, its influence is decisive, although much less known, in another very relevant pathology: Alzheimer's disease. The study of the electrophysiological effects of myelin loss is traditionally carried out in experimental preparations. However, computational simulation contributes to the systematic study of its effects, being able to delve into certain electrophysiological parameters in a more quantitative way. This work aims to develop a software tool capable of simulating the electrophysiological behavior of different types of myelinated neurons, which will be used to study the theoretical foundations of progressive demyelination and its effects on action potential morphology and firing speed. propagation down the axon. Likewise, the effect on these same electrophysiological parameters of the two protein deposits traditionally associated with Alzheimer's will also be evaluated: β-amyloid deposits and Tau oligomers. To do this, two models will be used and programmed: one more intuitive and faster, and the other completer and more detailed. The analysis extracted from the results provided by the simulations illustrates that demyelination is a determining process in the alteration of the formation and propagation of the action potential in various types of neurons; being, in certain cases, complementary or even more intense than the effects observed after the accumulation of toxic protein aggregates. These resolutions are equally valid, in general, both for self-excitable neurons (whose generation mechanism will also be explored) and non-excitable ones