Boala Alzheimer, premieră: laserul ar putea vindeca în viitor boala

Fibrilele amiloide sunt un tip de proteine/peptide aglomerate care au o formațiune asemănătoare unei foi. Aglomerările de fibrile amiloide sunt cunoscute ca fiind cauza mai multor boli - inclusiv boala Alzheimer. Fiind o boală incurabilă, cecetătorii au încercat mereu să descopere metode prin care să disocieze aceste aglomerări de fibrile amiloide.

Un grup de oameni de știință japonezi a arătat că un laser cu electroni liberi (FEL) cu infraroșu îndepărtat (FIR), numit FIR-FEL, poate fi utilizat pentru a descompune agregatele proteice amiloide. Acest studiu a fost publicat recent în Scientific Reports. Kawasaki afirmă: „Am vrut să demonstrăm aplicabilitatea unor lasere puternice cu electroni liberi în științele vieții, iar această cercetare interdisciplinară a făcut posibil acest lucru.”

Studiile anterioare au cercetat disocierea fibrilelor amiloide, dar cu succes limitat și rezultate mixte. Deoarece disocierea lor în apă este dificilă, în trecut au fost explorate metodele fizice de disociere. Laserele și radiațiile electromagnetice au fost utilizate pentru fabricarea și alterarea structurală / funcțională a materialelor chimice și biologice. Printre lasere, FIR-FEL a fost studiat foarte puțin, deși are o putere mare de penetrare și este bine absorbit de sistemele biologice. De asemenea, este utilizat în imagistica țesuturilor, diagnosticarea cancerului și studii de biofizică. Kawasaki explică, „Studiul nostru arată pentru prima dată că FIR-FEL este de asemenea util pentru descompunerea structurii de agregate fibrilare a proteinelor.”

Laserul cu electroni liberi a disociat fibrila amiloidă

Pentru studiul lor, cercetătorii au utilizat peptida cu 5 reziduuri DFKNF ca model, deoarece legătura dintre fibrile și patogeneza este deja stabilită. Această peptidă se aglomerează automat într-o foaie de fibrilă. Ei au descoperit că FIR-FEL a deteriorat conformația rigidă de foaie β a peptidei cu 5 reziduuri prin crearea unor mici găuri pe pelicula peptidică. Cercetătorii au descoperit că FIR-FEL perturbă legăturile de hidrogen între foile β adiacente din fibrilă și dă naștere la peptide libere. Aceasta este denumită disociere.

Kawasaki și echipa au verificat modificările conformaționale ale fibrilei peptidice după iradierea cu

FIR-FEL, analizând raporturile a 4 tipuri de structuri secundare de peptide (α-helix, β-sheet, β-turn și altele). Ei au descoperit că proporția conformației β-sheet a fost redusă drastic, ceea ce sugerează că structura rigidă a fibrei a fost perturbată.

Kawasaki afirmă că un studiu anterior a constatat, de asemenea, că FEL-ul cu infraroșu mediu (MIR) este eficace în această privință: „Am comparat efectele MIR-FEL cu cele ale FIR-FEL și am constatat că, deși MIR-FEL a provocat modificări conformaționale în agregatele fibrilare, nu a descompus fibrilele la fel de afectiv ca FIR-FEL." 

Utilizând microscopia electronică de scanare și tehnici de colorare a coloranților, cercetătorii au confirmat, de asemenea, că FIR-FEL provoacă modificări morfologice ale fibrilelor. Kawasaki spune: "Deoarece peptidele de fibrilă amiloidă sunt implicate în reglarea funcțiilor biologice, precum și patologii, tehnici de modificare fizică (cum ar fi FIR-FEL) ar putea fi, de asemenea, folosite pentru a modifica funcțiile biologice ale acestor macromolecule, după cum este necesar."

Întrucât FIR-FEL este mai eficient decât MIR-FEL, FIR-FEL poate fi utilizat pentru a distruge fibrilele amiloide adânc în interiorul țesuturilor, ca în cazul bolii Alzheimer, în timp ce MIR-FEL poate fi utilizat pentru îndepărtarea amiloidelor dermice de pe suprafața pielii. De asemenea, deoarece fibrilproteinele acționează ca schele pentru materialele biocompatibile, FIR-FEL ar putea fi utilizat în inginerie biomaterială în sistemele de medicamente regenerative sau cu transportorul de medicamente Nano.

Premieră în boala Alzheimer 

În concluzie, Kawasaki afirmă elocvent: „Pentru prima dată în lume, am descoperit că un agregat rigid de fibrilele amiloide poate fi disociat eficient folosind un laser cu electroni liberi în regiunea terahertz (lungimea de undă 50-100 micrometri). Următorul pas ar fi să înțelegem cum FIR-FEL afectează diferite tipuri de fibrile peptidice. Cercetările noastre pot alimenta dezvoltarea de noi tratamente pentru boli incurabile, cum ar fi Alzheimer."

Echipa de cercetători de la IR Free Electron Laser Research Center de la Universitatea de Știință din Tokyo și Institutul de Cercetări Științifice și Industriale din Universitatea Osaka, a fost formată din Dr. Takayasu Kawasaki, prof. Koichi Tsukiyama și Asst Prof Akinori Irizawa. 

Sursa: AICI.