A matemática poderia ajudar a encontrar novas maneiras de combater a doença de Alzheimer? Um pesquisador da Universidade Estadual do Mississippi está usando modelos matemáticos para investigar como os metais comuns afetam a formação de proteínas associadas ao Alzheimer e se possíveis tratamentos podem interferir nesse processo.
Shantia Yarahmadian, professora associada do departamento de matemática e estatística do estado do Mississippi, está estudando como metais como o cobre e o zinco podem afetar o comportamento da beta-amilóide, uma proteína que pode se unir e formar as placas associadas à doença de Alzheimer.
Sua pesquisa, publicada na revista Boletim de Biologia MatemáticaCom base em seus esforços contínuos para usar a matemática para compreender melhor os complexos processos biológicos envolvidos na doença de Alzheimer.
Usando a matemática para entender a doença de Alzheimer
A modelagem matemática permite aos cientistas explorar interações biológicas complexas, representando-as por meio de equações e simulações. Os pesquisadores podem então testar como diferentes fatores afetam um processo e prever o que pode acontecer se certas condições mudarem.
“Todo fenômeno biológico ocorre no mundo físico – no espaço e no tempo – e envolve mudanças na forma, volume e matéria”, disse Yarahmadian, membro do corpo docente do Departamento de Matemática e Estatística da MSU. “Devido ao seu poder abstrato, a matemática permite-nos descobrir padrões, testar hipóteses e fazer previsões que podem não ser possíveis apenas através da observação. A matemática não substitui a investigação laboratorial ou clínica; ela complementa-a, ajudando-nos a compreender sistemas maiores, a identificar os mecanismos mais influentes e a orientar experiências futuras.”
Esta abordagem pode ser particularmente valiosa para a doença de Alzheimer, que envolve muitos processos biológicos interativos que são difíceis de estudar individualmente.
Como o cobre e o zinco podem afetar as placas de Alzheimer
Para investigar como as placas relacionadas ao Alzheimer se desenvolvem, Yarhamdian criou uma estrutura matemática que simula as reações químicas envolvidas quando metais como o cobre e o zinco interagem com o beta-amiloide.
As proteínas beta-amilóides podem se unir em um processo chamado agregação. Com o tempo, estes aglomerados podem contribuir para a formação de placas, uma das características distintivas da doença de Alzheimer.
O modelo examina como os íons metálicos, que são formas de metais eletricamente carregadas, podem afetar a formação dessa proteína. Também permite aos investigadores explorar duas abordagens terapêuticas potenciais concebidas para interferir na agregação.
Em vez de confiar apenas em experiências de laboratório, os cientistas podem usar simulações para examinar como as mudanças nestas interações podem afetar a formação de placas e identificar direções promissoras para futuras pesquisas.
As previsões matemáticas correspondem aos resultados laboratoriais
Um modelo matemático é mais útil quando suas previsões refletem o que acontece em experimentos reais. Para avaliar a sua estrutura, Yarahmadian e os seus colegas compararam os seus resultados com medições laboratoriais obtidas através de microscopia de força atómica.
Esta técnica de imagem utiliza uma sonda extremamente fina para examinar estruturas em escala microscópica, permitindo aos pesquisadores estudar pequenos aglomerados de proteínas e outros materiais.
O modelo matemático reproduziu com sucesso os padrões observados nos experimentos. Este acordo sugere que a estrutura captura aspectos importantes de como as proteínas beta-amilóides se agregam nas condições estudadas.
Os resultados fornecem evidências de que simulações matemáticas podem ajudar os pesquisadores a investigar os mecanismos por trás da aglomeração de proteínas e a explorar maneiras de influenciar o processo. Embora os resultados não estabeleçam um tratamento eficaz para a doença de Alzheimer, fornecem uma ferramenta promissora para orientar futuros estudos laboratoriais.
Para Yarahmadian, a motivação por trás da pesquisa vai além do desafio matemático. Eles esperam que uma melhor compreensão da biologia complexa da doença acabe ajudando os cientistas a desenvolver estratégias mais eficazes contra ela.
“O que me atraiu na investigação da doença de Alzheimer foi a combinação do seu profundo impacto humano e da sua extraordinária complexidade biológica”, disse ele. “Meu objetivo é usar modelagem matemática para identificar mecanismos importantes e gerar insights que possam ajudar a orientar futuras pesquisas experimentais e terapêuticas.”
