Sve je više dokaza da gvožđe u mozgu može igrati ulogu u Alchajmerovoj bolesti. Dajući težinu toj ideji, nova sonda za snimanje je po prvi put pokazala da u istim regionima mozga gde se javljaju amiloidni beta plakovi povezani sa Alchajmerovom bolešću, takođe postoji povećanje redoks gvožđa, što znači da je gvožđe u ovim regionima reaktivniji u prisustvu kiseonika. Njihova sonda za snimanje mogla bi dati još više detalja o uzrocima Alchajmerove bolesti i pomoći u potrazi za novim lekovima za lečenje.
Tim sa Univerziteta Teksas u Ostinu i Univerziteta Ilinois u Urbana-Champaign objavio je danas studiju o novoj tehnici snimanja i nalazima u Science Advances.
„Veza između redoks gvožđa i Alchajmerove bolesti je crna kutija“, rekao je Ji Lu, dopisni autor i profesor hemije na UT Austinu. „Najuzbudljiviji deo za mene je to što sada imamo način da osvetlimo ovu crnu kutiju kako bismo mogli da počnemo da razumemo ceo ovaj proces mnogo detaljnije.“
Pre otprilike deset godina, naučnici su otkrili feroptozu, proces u telu koji zavisi od povišenog nivoa gvožđa, dovodi do smrti ćelija i igra ključnu ulogu u neurodegenerativnim bolestima, kao što je Alchajmerova bolest. Koristeći magnetnu rezonancu na živim pacijentima sa Alchajmerovom bolešću, naučnici su primetili da ovi pacijenti imaju tendenciju da imaju povišen nivo gvožđa u mozgu, iako ta metoda ne pravi razliku između različitih oblika gvožđa. Zajedno, ovi nalazi sugerišu da bi gvožđe moglo igrati ulogu u uništavanju moždanih ćelija kod pacijenata sa Alchajmerom.
Za novu studiju, istraživači su razvili fluorescentne senzore zasnovane na DNK koji mogu detektovati dva različita oblika gvožđa (Fe 2+ i Fe 3+) u isto vreme u ćelijskim kulturama i u rezovima mozga miševa genetski modifikovanih da oponašaju Alchajmerovu bolest. Jedan senzor svetli zeleno za Fe 2+, a drugi svetli crveno za Fe 3+. Ovo je prva tehnika snimanja koja može istovremeno da otkrije oba oblika gvožđa u ćelijama i tkivu, a istovremeno ukazuje na njihovu količinu i prostornu distribuciju.
„Najbolji deo našeg senzora je to što sada možemo da vizualizujemo promene Fe 2+ i Fe 3+ i njihove odnose na svakoj lokaciji“, rekao je Iuting Vu, koautor studije i postdoktorski istraživač u Luovoj laboratoriji. u UT Austin. „Možemo da menjamo jedan po jedan parametar da vidimo da li menja plakove ili oksidativna stanja gvožđa.“
Ta sposobnost bi im mogla pomoći da bolje razumeju zašto postoji povećan odnos Fe 3+ prema Fe 2+ na lokaciji amiloidnih beta plakova i da li je povećan redoks gvožđa uključen u formiranje plakova.
Drugo ključno pitanje je da li je redoks gvožđa direktno uključen u ćelijsku smrt kod Alchajmerove bolesti ili je jednostavno nusprodukt. Istraživači planiraju da istraže ovo pitanje kod Alchajmerovih miševa. Ako dalje istraživanje utvrdi da gvožđe i njegove redoks promene zaista uzrokuju ćelijsku smrt kod pacijenata sa Alchajmerovom bolešću, ta informacija bi mogla da pruži potencijalnu novu strategiju za razvoj lekova. Drugim rečima, možda bi lek koji menja odnos Fe 3+ prema Fe 2+ mogao pomoći u zaštiti moždanih ćelija. Nova sonda za snimanje mogla bi da se koristi za testiranje koliko dobro kandidati za lek rade pri promeni odnosa.
Da bi razvili senzore, naučnici su prvo angažovali komercijalnu laboratoriju da proizvedu biblioteku od 100 triliona kratkih DNK lanaca, kroz hemijski proces koji se zove sinteza oligonukleotida. Zatim su sproveli proces skrininga kako bi pronašli one niti koje prepoznaju – ili, rečeno hemijskim jezikom, „čvrsto se vezuju za i sprovode katalitičku reakciju sa“ – specifičan oblik gvožđa, a ne bilo koji drugi oblik. Da bi se kompletirali senzori, dodane su i druge komponente uključujući molekule zvane fluorofori koji sijaju u određenoj boji kada sonda prepozna specifičan oblik gvožđa.
Lu, koji je preselio svoju laboratoriju u UT Austin sa Univerziteta Ilinois u Urbana-Šampejnu u leto 2021. godine, sarađivao je sa tamošnjim istraživačima, uključujući profesora hemije Liviua Miricu.
