Для здоровой нервной системы аксоны — длинные выступы наших нервных клеток, которые проходят по всему нашему телу — должны быть должным образом изолированы. Подобно тому, как обычные шнуры питания нуждаются в электрических изоляторах вокруг проводящих проводов для эффективной и действенной передачи тока, аксоны полагаются на несколько бислоев миелина для поддержания быстрой и оптимальной передачи импульсов, например, между мозгом и органом или спинным мозгом и мышцами. . Эти бислои состоят из липидов (молекул жира), белка и воды.«По сути, миелин — это множественная укладка липидных бислоев», — сказал Донг Вуг Ли, исследователь из отдела химической инженерии UCSB и ведущий автор исследования. «Они должны быть компактными и с очень небольшим количеством воды между бислоями».Однако исследователи обнаружили, что даже малейшее изменение в составе этих миелиновых бислоев влияет на их способность изолировать аксоны.
Чтобы наблюдать и измерить характеристики и различия между здоровыми и больными бислоями миелина, они изучили способность этих слоев прилипать друг к другу.На каждую из двух противоположных поверхностей устройства поверхностных сил — высокочувствительного прибора, который может измерять взаимодействия между мембранами — исследователи нанесли липидный бислой на слюдяной субстрат.
Затем они погрузили установку в буферный раствор, содержащий основной белок миелина (MBP), биомолекулу, обычно обнаруживаемую в миелине, которая придает им адгезивные свойства и играет роль в поддержании оптимальной структуры миелиновой оболочки. Они приблизили два бислоя друг к другу, позволяя им прилипать друг к другу, а затем раздвинули их, измеряя силу адгезии, вызванную «клеем» MBP между бислоями, а также адсорбцию MBP — способность молекулы MBP прилипают к поверхностям бислоев. Они провели этот эксперимент как со здоровым миелином, так и с «болезненными» миелиновыми бислоями.«Липидный бислой, имитирующий нормальную или здоровую миелиновую мембрану, адсорбирует этот белок намного лучше, чем липидный бислой, имитирующий миелиновую мембрану типа рассеянного склероза», — сказал исследователь UCSB Кай Кристиансен, «что означает, что белок сильнее прикрепляется к липидному бислою и может заставить два соприкасающихся липидных бислоя более плотно прилегать друг к другу и на меньшем расстоянии — что очень желательно для хорошо функционирующего миелина вокруг нейрона ».
Одной общей характеристикой больного миелина является набухание, вызванное различными причинами, такими как аутоиммунные реакции, связанные с рассеянным склерозом и его вариантами, или в случаях инфекции или воздействия определенных химических веществ. Генетика также играет роль в здоровье миелина.
«Когда болезнь прогрессирует, люди могут видеть, что они набухают и в конечном итоге образуют пузыри, оставляя рубцы», — сказал Ли. Слой MBP между липидными бислоями также набухает от воды, которая просачивается между двойными липидными слоями. Вместо того, чтобы быть компактной пленкой толщиной в молекулы, слой MBP становится более гелеобразным.«А поскольку между двойными слоями больше воды, их изоляционные свойства ухудшаются», — добавил Ли.
Отсюда импульсы замедляются вдоль аксона или рассеиваются, прежде чем достигают места назначения, вызывая паралич и потерю функции.Связанные с заболеванием изменения в размере и распределении структур липидных доменов также вызывают нерегулярную адсорбцию MBP на липидных бислоях и ослабляют их адгезионные свойства, что приводит к снижению изоляции нервов. Это, в свою очередь, также приводит к снижению изоляции нервов.
Молекулярное исследование здоровых и больных бислоев миелина отличается от традиционных генетических, клеточных или иммунологических подходов и может дать будущее понимание причин и механизмов демиелинизирующих заболеваний.Следующим шагом, по словам Якоба Исраэлашвили, профессора химической инженерии и материалов в UCSB, будет разработка удобного настольного прибора, который можно было бы использовать в больницах и клиниках для визуализации мембран определенных клеток, как здоровых, так и патологических. , чья доменная структура может быть индикатором прогрессирования заболевания.
«В настоящее время мы планируем сотрудничество с местной больницей, чтобы предоставить нам такие мембраны, например, из лейкозных клеток крови, которые мы пометили бы подходящим флуоресцентным красителем для получения изображений», — сказал он.