Znajdź zawartość

Nanocząsteczki odpowiedniej wielkości i kształtu mogą przyczynić się do zwalczania przyczyn choroby Alzheimera i innych schorzeń neurodegeneracyjnych. Profesor Nicholas Kotov z University of Michigan uważa, że mogą on przyciągać i więzić włókienka formujące blaszki, które uszkadzają nerwy. Zarówno peptydy amyloidowe, jak i nanocząsteczki, wykazują silną skłonność do formowania włókienek. Chcieliśmy sprawdzić jaki wpływ mają nanocząsteczki na tworzenie włókienek amyloidowych. Zobaczyliśmy niezwykły efekt inhibitorowy, co otwiera drzwi do opracowania nowych leków zapobiegających chorobie Alzheimera - mówi Kotov. Uczony użył czworościennych nanocząsteczek, których wymiary były podobne do formujących się włókienek o odkrył, że włókienka zaczęły łączyć się z nanocząsteczkami, wskutek czego ich geometria została znacznie zaburzona, co zapobiegło dalszemu formowaniu się włókienek. Leki, które są obecnie używane do walki z choroba Alzheimera, łączą się z peptydami amyloidowymi w stosunku 1:1. To zdecydowanie zbyt mało. Tymczasem pojedyncza nanocząsteczka może przechwycić ponad 100 peptydów. Dzięki tak dużej wydajności nanoczasteczki przypominają efektywnością niektóre proteiny wykorzystywane przez organizm do walki z chorobą Alzheimera.

Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego odkryli zdolność amyloidu β (Aβ) - złogów białka podejrzewanych o udział w rozwoju choroby Alzheimera - do wywoływania spontanicznego wyrzutu jonów wapnia (Ca2+) z komórek mózgu zwanych astrocytami. Odkryte zjawisko porządkuje naszą wiedzę na temat tego schorzenia i wyjaśnia charakter związku przyczynowo-skutkowego pomiędzy jego rozwojem oraz Aβ i jonami Ca2+. Badania prowadzone w ostatnich latach wskazywały na współwystępowanie wyrzutów jonów wapniowych oraz pojawiania się w mózgu Aβ, lecz zależności pomiędzy tymi procesami pozostawały niejasne. Jedyne, co udało się w ostatnich latach zaobserwować, to pojawianie się w mózgu objętym chorobą Alzheimera tzw. fal wapniowych (ang. calcium waves), czyli nagłego wyrzutu jonów wapniowych z wnętrza sąsiadujących ze sobą astrocytów, "zarażających się" od siebie wzajemnie tym zachowaniem. Podobne zjawisko odkryto niedawno w wyizolowanych fragmentach tkanki nerwowej, lecz wciąż nie wyjaśniało to, czy zjawisko to jest zależne od sąsiedztwa innych komórek, czy też wynika ono z samej charakterystyki astrocytów. Przełomu dokonano dzięki badaniom prowadzonym przez zespół Chrisa MacDonalda z Uniwersytetu Kalifornijskiego. Aby uniknąć zakłóceń wywołanych przez inne rodzaje komórek, jego zespół hodował in vitro "czyste" populacje astrocytów. Po osiągnięciu odpowiedniego stopnia rozwoju komórki traktowano następnie oczyszczonym Aβ, po czym sprawdzano poziom jonów wapnia znajdujących się wewnątrz komórek oraz poza nimi. Jak się okazało, dodanie patologicznego białka do "czystej" hodowli astrocytów wywoływało powstanie fal wapniowych, obejmujących jednorazowo nawet do 200 komórek. Jest to niezwykle ważne odkrycie, gdyż sugeruje ono, że do badania tego zjawiska można - zamiast preparatów wyizolowanych z mózgów chorych zwierząt - używać gotowych, dostępnych komercyjnie i doskonale scharakteryzowanych linii komórkowych. W związku z tym, że fale wapniowe są uznawane za jedną z możliwych przyczyn choroby Alzheimera, dokonane odkrycie może doprowadzić badaczy do ostatecznego rozwiązania niektórych zagadek związanych z tym wyniszczającym schorzeniem.

Powstawanie złogów substancji zwanej amyloidem jest związane z powstawaniem wielu schorzeń, takich jak choroby Alzheimera i Parkinsona, cukrzyca typu II czy choroby prionowe. Okazuje się jednak, że tego typu struktury mogą także posłużyć do syntezy nanomateriałów. Potencjalne zastosowanie tych ponadcząsteczkowych tworów może być szersze, niż dla syntetycznych polimerów, twierdzą Ehud Gazit oraz Izhack Cherny, badacze z Uniwersytetu w Tel Awiwie. Ich zdaniem, przewaga złogów o charakterze amyloidalnym nad większością innych polimerów wynika z faktu, że oprócz znakomitych właściwości mechanicznych, mogą one także pełnić funkcje biologiczne dzięki cechomom cząsteczek białka wchodzącego w ich skład. Warto zaznaczyć, że nazwa "amyloid" nie jest zarezerwowana dla określonego związku, a raczej dla specyficznego typu struktury. Składa się ona z nieprawidłowo uformowanych i zdeponowanych w nadmiarze molekuł białka, które nie zostało strawione i usunięte przez otaczające komórki. Powstawanie amyloidu jest dla wielu organizmów naturalnym i potrzebnym procesem - od jego syntezy zależne jest np. powstawanie otoczek wokół jaj niektórych owadów i ryb, a także tzw. biofilmów, czyli kolonii bakteryjnych rozwijających się na płaskich powierzchniach. Ze względu na różnorodność form oraz ról, jakie mogą pełnić tego typu struktury, trwają badania nad ich ewentualnym wykorzystaniem w nanotechnologii. Naturalną formą przyjmowaną przez polimery białka tworzącego amyloid jest kształt wstążki, pustej w środku rurki lub drabinki. Powstające w ten sposób włókna mogą mieć długość nawet do kilku mikrometrów, co odpowiada średnicy pojedynczej czerwonej krwinki. Twory takie posiadają zadziwiające właściwości mechaniczne - osiągają wytrzymałość znacznie większą od stali przy jednoczesnym zachowaniu niezwykłej rozciągliwości, co czyni je niedoścignionym wzorem dla naukowców zajmujących się tworzeniem sztucznych polimerów. Kolejną zaletą złogów amyloidalnych jest ich samorzutne powstawanie bez potrzeby intensywnego oddziaływania z zewnątrz - do powstania włókna wystarczy odpowiednio duża produkcja białka i jednoczesne zablokowanie czynników odpowiedzialnych za rozkład jego cząsteczek. Zdaniem izraelskich badaczy, niezwykłe białkowe struktury mogą być wykorzystane m.in. do powlekania powierzchni i jednoczesnego nadawania im pożądanych właściwości. Zastosowanie do produkcji amyloidu odpowiednio dobranych protein może także nadać im właściwość zwaną biokompatybilnością, czyli "zgodność" z mechanizmami działającymi wewnątrz organizmu oraz wysokie prawdopodobieństwo "zamaskowania" ciała obcego przed działaniem układu odpornościowego. Tego typu implant mógłby jednocześnie, dzięki porowatej strukturze, stopniowo uwalniać uwięziony w obrębie jego struktury lek. Inne możliwości obejmują np. tworzenie amyloidów o właściwościach katalitycznych (gdyby włókno było zbudowane z cząsteczek enzymu) lub funkcjonujących jako trójwymiarowe "rusztowania", symulujące naturalną strukturę tkanki. W swojej pracy badacze donoszą także o stworzeniu koncentrycznego przewodu zdolnego do przewodzenia prądu elektrycznego. Uzyskano go dzięki wypełnieniu wnętrza białkowej rurki srebrem i powleczeniu jej od zewnątrz warstwą złota. Podobne nanokable mogą posłużyć w przyszłości do zasilania oraz przesyłania informacji w nanomaszynach. Czy wizja naukowców z Izraela spełni się, dowiemy się najprawdopodobniej w najbliższych latach.

Naukowcy z Uniwersytetu Yale, prowadzący badania nad chorobą Alzheimera, celowo wywołali zaburzenia funkcjonowania jednego ze szlaków sygnalizacji w obrębie układu immunologicznego. Ku ich zaskoczeniu okazało się, że... przypadkowo odkryli metodę, która pozwala na bardzo wydajne usuwanie z mózgu złogów odpowiedzialnych za rozwój tego wyniszczającego schorzenia. O swoim odkryciu donoszą na łamach najnowszego numeru czasopisma Nature Medicine. Badacze odkryli, że manipulowanie wymianą informacji pomiędzy komórkami pozwala na "przywołanie" (chemotaksję) komórek układu odpornościowego, zwanych makrofagami, do mózgu. W normalnych warunkach tego typu ruch jest utrudniony ze względu na naturalną barierę, oddzielającą ogólnoustrojowy przepływ krwi od jej cyrkulacji w obrębie mózgowia. Z tego powodu powstawanie złogów substancji zwanej amyloidem, odpowiedzialnej za rozwój objawów choroby Alzheimera, jest znacznie ułatwiony. [Dotychczasowe] próby stworzenia terapii leczących chorobę Alzhimera były utrudnione, gdyż większość z nich opierała się na dostarczaniu cząsteczek lub przeciwciał w poprzek bariery krew-mózg. Jeżeli wyniki naszych badań na myszach, skierowanych na wyleczenie objawów demencji podobnej do tej powstającej w chorobie Alzheimera, zostaną potwierdzone w testach na ludziach, możemy uzyskać możliwość wytworzenia leku, który byłby podawany do krwi obwodowej i powodowałby atak komórek układu odpornościowego na złogi amyloidu, tłumaczy dr Terrence Town, główny autor badań. Amyloid, złozony głównie z białka zwanego amyloidem-b, jest uważany za przyczynę uszkodzenia neuronów oraz stymulacji lokalnego stanu zapalnego. Oba te zjawiska powodują stopniowe pogorszenie funkcji mózgu, które objawia się pod postacią choroby Alzheimera. Zakłada się, że powstrzymanie wspomnianego procesu powinno zablokować proces rozwoju tego schorzenia, obecnie uznawanego za nieuleczalne. Odkrycie badaczy z Yale było możliwe dzięki... przypadkowi. Wcześniejsze badania wykazywały, że w mózgach osób (a także odpowiednio dobranych myszy, które służą jako organizm modelowy) cierpiących z powodu choroby Alzheimera podnosi sie poziom cząsteczki zwanej transformującym czynnikiem wzrostowym beta (TGF-b, od ang. Transforming Growth Factor beta), jednej z najważniejszych molekuł wyciszających odpowiedź immunologiczną. Na tej podstawie przypuszczano, że jego produkcja jest formą reakcji organizmu na wymykające się spod kontroli zapalenie. Powstał dzięki temu pomysł, aby wyciszyć produkcję TGF-b z zamiarem celowego pogorszenia objawów choroby (działanie takie powinno spowodować dalszy rozwój stanu zapalnego i nasilenie objawów u mysiego "pacjenta"). Wyniki eksperymentu całkowicie zaskoczyły zespół dr. Towna. Okazało się, że badane zwierzęta nie tylko osiągały lepsze wyniki testów badających funkcje poznawcze, ale dodatkowo złogi w ich mózgach zmniejszyły się aż o 90 procent. Dalsze badania potwierdziły, że zmniejszenie produkcji TGF-b umożliwia makrofagom,wyspecjalizowanym w usuwaniu ciał obcych, przenikanie przez barierę krew-mózg i niszczenie zgromadzonego amyloidu. Dodatkowo udowodniono, że aktywność żerna makrofagów, które przeniknęły do objętego zapaleniem mózgu, znacznie wzrosła dzięki zablokowaniu działania transformującego czynnika wzrostu. Obecnie badacze skupiają się na dokładnym wyjaśnieniu przyczyn zaobserwowanego zjawiska. Dokonane odkrycie może okazać się ważnym krokiem na drodze do stworzenia skutecznego leku na tę niezwykle ciężką chorobę.