Znajdź zawartość

Naukowcy z Cornell University bezpiecznie pokonali barierę krew-mózg, co pomoże dostarczyć do mózgu leki na choroby neurodegeneracyjne czy nowotwory. Uczeni odkryli, że produkowana przez organizm adenozyna umożliwia przeniknięcie dużym molekułom przez barierę. Zauważyli, że gdy w komórkach tworzących barierę krew-mózg aktywuje się adenozynę, zostaje otwarta „brama" pozwalająca na przenikanie molekuł. Co prawda pierwsze badania wykonano na myszach, lecz receptory adenozyny odkryto również w komórkach ludzkich. Ponadto naukowcy z Cornell zauważyli, że już zaakceptowany przez FDA bazujący na adenozynie lek o nazwie Lexiscan, który jest wykorzystywany podczas badań obrazowych serca u ciężko chorych pacjentów, może na krótko otwierać barierę krew-mózg. Bariera krew-mózg składa się z wyspecjalizowanych komórek w naczyniach krwionośnych mózgu, które wybiórczo pozwalają niezbędnym molekułom, takim jak aminokwasy, tlen, glukoza czy woda na przenikanie do mózgu. Bariera działa tak dobrze, że dotychczas nie wiedziano, jak można dostarczyć do mózgu lekarstwa. Największym problemem w każdej chorobie neurologicznej jest niemożność jej leczenia, ponieważ nie możemy dostarczyć lekarstw - stwierdziła profesor immunologii Margaret Bynoe. Wielkie firmy farmaceutyczne od 100 lat próbują przekroczyć tę barierę bez szkody dla pacjenta - dodała uczona. Dotychczas próbowano przełamać barierę tak modyfikując lekarstwa, by ich molekuły przyczepiały się do tych molekuł, które mogą wnikać do mózgu. Taka taktyka nie sprawdziła się, gdyż zmodyfikowane lekarstwa nie działały. Wygląda na to, że użycie receptorów adenozyny jest sposobem na otwarcie wejścia. Skorzystamy z tego, by otwierać i zamykać barierę gdy będzie to potrzebne - stwierdziła Bynoe. Podczas testów na myszach do mózgu zwierząt udało się dostarczyć duże molekuły dekstranów oraz przeciwciała beta amyloidu i zaobserwowano, jak wiążą one płytki amyloidowe odpowiedzialne za powstawanie choroby Alzheimera. Podobne testy są prowadzone w kierunku leczenia stwardnienia rozsianego.

Naukowcom z Uniwersytetu Alaskańskiego w Fairbanks udało się opanować sztukę wprowadzania susła arktycznego w stan hibernacji na żądanie (Journal of Neuroscience). U hibernujących zwierząt znacznie spada tętno i przepływ krwi, przypominają więc ludzi z nagłym zatrzymaniem krążenia, tyle że u nich nie ma mowy o ewentualnych uszkodzeniach mózgu. Kelly Drew podkreśla, że zrozumienie neuroochronnych właściwości hibernacji być może pozwoli opracować lek czy terapię, które ocalą życie wielu osób po udarze lub zawale serca. U hibernujących zwierząt występuje torpor, czyli stan kontrolowanego obniżenia temperatury przez zwierzęta stałocieplne. Towarzyszy mu spowolnienie pracy serca i tempa przebiegu innych procesów fizjologicznych. Zużycie tlenu zmniejsza się do 1% zwykłej spoczynkowej przemiany materii. Susły arktyczne, tak jak inne zwierzęta i ludzie, wytwarzają adenozynę, która pełni wiele różnych ról, m.in. działa jako neuroprzekaźnik hamujący w ośrodkowym układzie nerwowym. Kiedy suseł zaczyna hibernować, a my stajemy się senni, dzieje się tak, gdyż adenozyna wiąże się z odpowiednimi receptorami – wyjaśnia Tulasi Jinka, główny autor badań. Biolog dodaje, że cząsteczka kofeiny jest na tyle podobna do adenozyny, że może się także wiązać z jej receptorami w mózgu, skutecznie hamując lub nawet odwracając skutki senności. Zaplanowaliśmy eksperyment, w ramach którego niehibernującym susłom arktycznym podawano substancję stymulującą receptory adenozynowe w mózgu. Spodziewaliśmy się, że wywoła ona hibernację. Podaliśmy też związek przypominający kofeinę, który miał pobudzić hibernujące zwierzęta – wyjaśnia Drew. Susły testowano 3 razy w ciągu jednego roku: 1) latem, kiedy nie hibernują, 2) na początku okresu hibernacyjnego oraz 3) w środku sezonu hibernacyjnego. Jeśli zwierzęta wprowadzały się przed badaniem w torpor, Jinka wszystkie budził, by sprawdzić, czy badana substancja wprowadzi je ponownie w stan hibernacji. By potwierdzić, że na wyniki nie wpływają jego oczekiwania, w identyczny sposób podawał zwierzętom placebo. Próby były ślepe, ponieważ nie wiedział, który roztwór jest który. Torpor wywołano u wszystkich 6 obudzonych w środku sezonu hibernacyjnego susłów, ale tylko u 2 z 6 w grupie z wczesnego okresu hibernacyjnego i u żadnego w czasie lata. Substancja kofeinopodobna odwracała torpor u wszystkich hibernujących susłów. Wykazaliśmy po raz pierwszy, że aktywacja receptorów adenozynowych wystarczy, by w sezonie hibernacyjnym wywołać torpor u susłów arktycznych – podsumowuje Jinka. Na razie Amerykanie nie wiedzą, jak pora roku zwiększa wrażliwość receptorów na adenozynę. Planowane są eksperymenty z adenozyną na szczurach, które pod względem genetycznym bardziej przypominają ludzi.

Choć możliwość stosowania kawy jako substytutu odpoczynku bywa kusząca, fakty są bezlitosne: nic nie zastąpi solidnego wyspania się. Jak dowodzą naukowcy z Uniwersytetu Teksańskiego, przyjmowanie "wspomagania" pogarsza reakcję mózgu na brak snu, obniżając możliwości umysłu. Odkryte zjawisko jest zależne od receptora adenozynowego A1 - białka odpowiedzialnego za wychwytywanie adenozyny, substancji pełniącej w mózgu rolę sygnału świadczącego o zmęczeniu. Jego wzmocnienie powoduje senność, lecz zablokowanie receptorów adenozynowych likwiduje ją. Możliwość regulowania tego procesu brzmi kusząco, lecz doświadczenie przeprowadzone przez Amerykanów pokazuje jasno, że może to obrócić się przeciwko nam samym. W zdrowo funkcjonującym organizmie zasypianie powoduje zmianę aktywności elektrycznej mózgu i zwiększenie tzw. aktywności wolnofalowej (ang. slow wave activity - SWA), pozwalającej na regenerację układu nerwowego. Jak dowodzą badacze z Teksasu, zablokowanie receptorów adenozynowych znacząco utrudnia "przestawienie" mózgu w tryb aktywności wolnofalowej, co prowadzi do stanu przypominającego chroniczne zmęczenie. Aby zbadać wpływ receptora adenozynowego A1 na SWA, badacze porównywali zachowania myszy pozbawionych kodującego go genu z zachowaniami zwierząt niemodyfikowanych. W pierwszej fazie eksperymentu gryzonie pozbawiano snu, a następnie pozwalano im spać, lecz przez cały czas monitorowano aktywność elektryczną ich mózgów. Na końcu myszy otrzymywały zadanie pokonania ośmiu labiryntów. Przeprowadzone doświadczenie wykazało, że mózgi myszy pozbawionych receptora adenozynowego nie były w stanie uruchomić aktywności wolnofalowej w reakcji na pozbawienie snu. Zwierzęta te miały problem z odnalezieniem wyjścia z labiryntu, co świadczy o osłabionym funkcjonowaniu ich układu nerwowego. Różnicy pomiędzy myszami modyfikowanymi i niemodyfikowanymi nie zaobserwowano jednak, gdy mogły one spać wtedy, gdy miały na to ochotę. Dokonane odkrycie może być szczególnie ważne dla miłośników kawy, gdyż zawarta w niej kofeina blokuje działanie receptorów adenozynowych. W pewnych okolicznościach może to dawać efekty podobne do uzyskanych w przeprowadzonym doświadczeniu. Jak uważa dr Robert Greene, jeden z autorów studium, osoby spożywające znaczne ilości czarnego napoju prawdopodobnie nie uruchomią dostatecznie intensywnej aktywności wolnofalowej i nie doświadczą głębokiego snu, choć normalnie tak by się stało. Badacz podkreśla przy tym, że kawa sama w sobie nie jest zła, lecz jej nadmierne spożywanie (szczególnie wieczorami) może powodować pogorszenie stanu umysłu podczas kolejnego dnia.

Eksperci z Uniwersytetu Nottingham opracowali technikę, która może zrewolucjonizować biologię molekularną. Dzięki zastosowaniu superczułego mikroskopu i światła laserowego są w stanie obserwować w czasie rzeczywistym pojedyncze cząsteczki leku docierające do komórek. Badacze skupili się na analizie aktywności receptora adenozynowego A3 - białka na powierzchni komórek umożliwiającego komórce rozpoznanie cząsteczek adenozyny (ważnej substancji przeciwzapalnej) i odpowiednią reakcję na jej obecność. Można jednak wierzyć, że dzięki odpowiednim modyfikacjom będzie można używać opracowanej metody także do analizy aktywności innych receptorów. Receptor adenozynowy A3, zlokalizowany w mikroskopijnych strukturach błony komórkowej zwanych mikrodomenami, odgrywa istotną rolę w hamowaniu rozwoju stanu zapalnego. Jego aktywacja za pomocą leków jest skuteczną metodą ograniczającą szkody spowodowane m.in. niedokrwieniem serca czy reumatoidalnym zapaleniem stawów. Ze względu na rozmiary mikrodomen dotychczas nie była jednak możliwa bezpośrednia obserwacja działania leczniczych substancji. Metoda opracowana na Uniwersytecie Nottingham umożliwia, po raz pierwszy w historii, wykonanie tak precyzyjnej analizy. Technika działa w oparciu o zjawisko fluorescencji. Naukowcy połączyli cząsteczki badanego leku ze specjalnymi "znacznikami" i dodali je do komórek. Dzięki zastosowaniu techniki zwanej fluorescencyjną spektroskopią korelacyjną możliwa była obserwacja mikroskopowa świecenia badanych cząsteczek pod wpływem ich oświetlania przez laser. Osiągnięto przy tym niespotykaną dotąd precyzję - zastosowanie nowej metody pozwoliło na obserwację pojedynczych molekuł leku. Co więcej, możliwa była analiza interakcji preparatu z mikrodomenami w czasie rzeczywistym. Obecnie badacze skupiają się przede wszystkim na analizie receptora adenozynowego A3, lecz oceniają, że możliwe jest również zastosowanie fluorescencyjnej spektroskopii korelacyjnej do obserwacji różnego rodzaju związków chemicznych. Pozwoliłoby to na uzyskanie znacznie dokładniejszych informacji na temat kinetyki interakcji różnych substancji chemicznych z powierzchnią komórek, a to z kolei ułatwiłoby zdobywanie wiedzy na temat wielu znanych leków i pracę nad nowymi.