Высокоэнергетические лазеры могут быть использованы для лечения болезни Альцгеймера

Москва, 18:02, 08 Авг 2019, редакция FTimes.ru, автор Сергей Кузнецов.

Амилоидные фибриллы представляют собой тип самоорганизующихся белков, которые принимают сложенную пластинчатую формацию. Известно, что скопления амилоидных фибрилл являются причиной нескольких заболеваний, в том числе болезни Альцгеймера, и поэтому очень важно научиться понимать, как эти скопления могут быть разрушены.

Некоторые типы амилоидных фибрилл также играют роль в регуляции экспрессии генов в некоторых организмах. Также считается, что волокнообразные формы, появляющиеся в этих сколениях, выступают в качестве каркасов для культивирования биоматериалов. Следовательно, подходящая методика расщепления или «диссоциации» фибрилл амилоидного белка является критической с точки зрения медицинского лечения, модификации биологических структур и функций и даже инженерии биоматериалов.

Совместная группа японских ученых в настоящее время показала, что лазер на свободных электронах (FIR) в дальнем инфракрасном диапазоне (FEL), называемый FIR-FEL, может использоваться для расщепления амилоидных белковых скоплений.

Предыдущие исследования изучали диссоциацию амилоидных фибрилл, но с ограниченным успехом и смешанными результатами. Лазеры FIR-FEL изучены очень редко, хотя они имеют высокую проникающую способность и хорошо поглощаются биологическими системами.

Для своего исследования ученые использовали пептид с 5 остатками DFKNF в качестве модели, поскольку связь между его фибрилляцией и патогенезом уже установлена. Этот пептид автоматически собирается в лист фибрилл. Они обнаружили, что FIR-FEL повредил жесткую конформацию β-листа (одну из немногих структур, которую предполагают белки) пептида с 5 остатками, создав маленькие отверстия на пептидной пленке. Исследователи обнаружили, что FIR-FEL также разрушает водородные связи между соседними β-листами в фибрилле и дает свободные пептиды. Это называется диссоциацией.

Затем профессор Кавасаки и его команда проверили конформационные изменения в пептидной фибрилле после облучения FIR-FEL, проанализировав соотношения 4 типов вторичных структур пептидов (α-спираль, β-лист, β-поворот и другие). Они обнаружили, что пропорция конформации β-листа была резко уменьшена, что свидетельствует о том, что жесткая пластинчатая структура фибрилл была нарушена.

Кавасаки утверждает, что предыдущее исследование также показало, что в этом отношении эффективен средний инфракрасный MIR-FEL.

«Мы сравнили эффекты MIR-FEL с эффектами FIR-FEL, — говорит Кавасаки, — и обнаружили, что, хотя MIR-FEL вызывал конформационные изменения в агрегатах фибрилл, он не разрушал фибриллы так же эффективно, как FIR-FEL сделал».

Используя сканирующую электронную микроскопию и методы окрашивания красителями, исследователи также подтвердили, что FIR-FEL вызывает морфологические изменения в фибриллах.

Кавасаки говорит: «Поскольку пептиды амилоидных фибрилл участвуют в регуляции биологических функций, а также патологий, методы физической модификации (такие как FIR-FEL) также могут быть использованы для изменения биологических функций этих макромолекул по мере необходимости».

Поскольку FIR-FEL более эффективен, чем MIR-FEL, FIR-FEL можно использовать для разрушения амилоидных фибрилл глубоко внутри тканей, как в случае болезни Альцгеймера, тогда как MIR-FEL можно использовать для удаления дермальных амилоидов на поверхности кожи. Кроме того, поскольку фибриллярные белки выступают в качестве каркаса для биосовместимых материалов, FIR-FEL можно использовать в конструировании биоматериалов в регенеративной медицине или в системах доставки лекарств нано-носителями.

В заключение Кавасаки заявил: «Впервые в мире мы обнаружили, что жесткий агрегат амилоидных фибрилл можно эффективно разрушить с помощью лазера на свободных электронах в терагерцовом диапазоне (длина волны 50–100 микрометров). Следующим шагом было бы понять, как FIR-FEL влияет на различные типы пептидных фибрилл. Наши исследования могут способствовать разработке новых методов лечения таких трудноизлечимых заболеваний, как болезнь Альцгеймера».