«Чтобы изучить динамику А-бета и тау-белка, нам нужен был способ запустить экспрессию обоих белков и инструмент для отслеживания динамических изменений экспрессии белков», — говорит ведущий автор Фэн Лян, доктор философии, научный сотрудник Института Роуленда. .В 2008 году некоторые из членов нынешней команды MGH показали, что анестетик изофлуран вызывает характерные изменения, наблюдаемые при болезни Альцгеймера, включая активацию ферментов гибели клеток и генерацию A-бета, в культивируемых клетках и в мозге мышей. В 2014 году исследователи из Гарварда и Роуленда продемонстрировали способность своего наноустройства определять уровни внутриклеточных белков в живых культивируемых клетках. Настоящее исследование объединяет оба этих достижения, чтобы исследовать ключевой вопрос, касающийся механизма болезни Альцгеймера — предшествует ли генерация А-бета или следует за генерированием аномальной формы тау, которая характеризует болезнь.
Наконечник устройства, разработанного исследователями из Гарварда / Роуленда, имеет диаметр около 50 нанометров (миллиардных долей метра), что примерно в 200 раз меньше, чем у одиночной ячейки. Интегрированный золотой наностержень служит биосенсором для так называемого поверхностного плазмонного резонанса — колебания электронов в ответ на световой сигнал, который может генерировать оптическое считывание, отражающее сигналы связывания белков.
Антитела, нацеленные на определенные белки, могут быть интегрированы в зонд для получения конкретных измерений уровней белка. Команда сначала продемонстрировала возможность использования зонда на конце наноплазмонного волокна (nFTP) для количественного определения уровня белка в отдельных клетках, не влияя на их жизнеспособность и жизнеспособность.
Затем с помощью устройства nFTP исследователи отслеживали изменяющиеся уровни A-бета и связанной с болезнью Альцгеймера формы тау, которая характеризуется избытком молекул фосфата, в культивируемых клетках, обработанных изофлураном. Показания показали, что увеличение экспрессии А-бета на несколько часов предшествовало повышению уровней фосфорилированного тау.
Затем команда показала, что, хотя блокирование экспрессии A-бета снижает уровень тау-белка, блокирование тау не предотвращает первоначального повышения уровня A-бета. Однако без экспрессии фосфорилированного тау уровни A-бета в конечном итоге начали падать, что свидетельствует о последовательности, в которой генерация A-бета стимулирует фосфорилирование тау, что способствует дальнейшему образованию A-бета.«Мы внедрили традиционный иммуноферментный анализ в живые клетки с исключительной чувствительностью», — говорит Циминь Цюань, доктор философии, младший научный сотрудник Института Роуленда и соавтор отчета Nano Letters. «Устройство по-прежнему ограничено в своей способности измерять большое количество отдельных клеток, что требует дальнейшего улучшения.
Но его высокая чувствительность, отсутствие меток и возможность использования отдельных клеток делают его уникальным инструментом для диагностики ограниченных клинических образцов».Чжунцун Се, доктор медицины, доктор медицинских наук, директор исследовательского отделения гериатрической анестезии в отделении анестезии, интенсивной терапии и медицины боли MGH и соавтор исследования, добавляет: «Ежегодно около 8,5 миллионов пациентов с болезнью Альцгеймера нуждаются в анестезии и хирургическая помощь во всем мире. Изучение того, как анестезия влияет на механизмы, лежащие в основе болезни Альцгеймера, потребует сотрудничества между специалистами в области анестезии, неврологии и инженерии.
Более того, использование анестетика и устройства nFTP для измерения взаимодействий между A-beta и tau — лишь первый шаг . " Се — профессор анестезии в Гарвардской медицинской школе.