Использование нанотехнологий при выявлении причин болезней
Белковые комплексы в организме, называемые амилоидами тесно связаны с болезнью Альцгеймера и диабетом 2-го типа. Если бы врачи знали, как эти белки образуют скопления, то они могли бы более эффективно лечить эти заболевания. Физик Адриан Келлер и его коллеги из Центра имени Гельмгольца Дрезден-Россендорфа и Университета в Орхусе (Дания), успешно воссоздали процесс образования белковых скоплений искусственно. Клеточная поверхность играет важную роль в возникновении амилоидов, так как там скапливаются белки и образуют сгустки. Амилоиды формируются на клетках поджелудочной железы при сахарном диабете 2-го типа и клетках головного мозга и при болезни Альцгеймера соответственно. Даже при наличии современных высококлассных инструментов, наблюдать эти процессы в организме не представляется возможным.
Такие ученые, как Адриан Келлер, которые в настоящее время проводит исследование в Междисциплинарном нано-научном центре «iNano» в Орхусе, пытались воссоздать эти процессы с настоящими белками на искусственной поверхности в лаборатории. Звучит это гораздо проще, чем есть на самом деле. Кажется, что образование этих скоплений зависит от гидрофильности и гидрофобности поверхностей. Гидрофильные поверхности легко смачиваются, тогда, как гидрофобные отталкивают воду.
Адриану Келлеру удалось подготовить с помощью аппарата поверхность слюды, природного кристаллического силикатного минерала. Медленные, положительно заряженные атомы инертного газа аргона слабо проникают через кристаллическую поверхность при низкой скорости. «Это активирует поверхность значительно не изменяя ее шероховатость», – объясняет Адриан Келлер. – «Изменения шероховатости также оказывает значительное влияние на формирование амилоидов».
В течение нескольких недель слюда с активированной поверхностью просто хранится в контейнерах. В это время, кристалл медленно поглощает углеводороды из воздуха. Это в свою очередь, превращает изначально гидрофильную поверхность в более гидрофобную, пока через три месяца она полностью не начинает отталкивать воду.
В течение этих трех месяцев, Келлер может проводить свои опыты и всегда точно знать, насколько слюда гидрофобна в тот или иной момент. Он размещает небольшое количество белка, называемого «амилин» на кристалл, определенные клетки поджелудочной железы вырабатывают это вещество вместе с инсулином. Если развивается диабет 2-го типа, организм вначале слабо реагирует на инсулин, который регулирует уровень сахара в крови. Поджелудочная железа, в свою очередь, производит больше инсулина, а также больше амилина, что увеличивает концентрацию амилина и несколько белков амилина могут вдруг принять другую форму. Этот процесс напоминает выворачивание зонта наизнанку во время сильного порыва ветра, образуя при этом «дождевую чашу».
Видоизмененные белки также влияют на соседние и начинают дополнительно видоизменять амилины. Белки, которые были «вывернуты наизнанку», скапливаются и образуются амилоиды, этим самым разрушаются поверхности некоторых клеток, и снижается выработка инсулина. Организм в свою очередь, увеличивает активность оставшихся клеток и начинается опасный цикл, который, в конце концов, может парализовать выработку инсулина.
В эксперименте Адриана Келлера, когда поверхность гидрофильна, амилин скапливается на слюде в белковых соединениях, называемых «фибриллами». Однако если поверхность выдержана только несколько недель, она становится более гидрофобной и формируются крошечные скопления — «олигомеры». Фибриллы и олигомеры различными способами разрушают клетки и, таким образом, препятствуют выработке инсулина.
Теперь при наличии подготовленных клеточных поверхностей, созданных в Центре Гельмгольца в Дрездене, можно детально наблюдать за процессом скопления белков. Однажды, будет найден метод предотвращения скопления белков, что будет препятствовать развитию не только сахарного диабета 2-го типа, но и неизлечимой болезни Альцгеймера.
Journal of Chemical Physics
Источник: medicaldaily.com
Перевод: Vitaminov.net
