Докторант Ян Ян и профессор фармацевтики Сянмин Гуань
Нейродегенеративные заболевания, такие как болезнь Альцгеймера и Паркинсона, поражают более 6 человек.4 миллиона американцев, по данным Гарвардского центра NeuroDiscovery. Это число может удвоиться в следующие 30 лет по мере старения населения, если медицинские исследователи не выяснят, что происходит на клеточном и молекулярном уровне, и не разработают способы лечения или предотвращения этих изнурительных состояний.
По словам профессора фармации Сянмина Гуаня, старение и окислительный стресс являются виновниками, но задача состоит в том, чтобы определить, какие клетки и даже субклеточные структуры затронуты. Медицинский химик разрабатывает методы визуализации, которые помогут исследователям определить, что может способствовать протеканию дегенеративного заболевания.
Отслеживание естественного антиоксиданта в организме
Гуан объяснил, что органические молекулы, называемые тиолами, играют важную роль в защите организма от окислительного стресса. Эти антиоксиданты, присутствующие внутри и вне клеток, противодействуют действию реактивных молекул кислорода, известных как свободные радикалы, которые участвуют в окислительном стрессе. Свободные радикалы могут нарушить нормальные функции клеток.
"Тиолы потребляются во время окислительного стресса, поэтому мы наблюдаем более низкие уровни тиолов," Гуань сказал. "Поэтому уровень тиолов используется как один из показателей, отражающих наличие окислительного стресса."
Гуань объяснил, что употребление алкоголя, например, может повредить печень. Тиолы могут подавлять токсическое действие алкоголя, но когда они истощаются, организм не может защитить себя. Точно так же повреждение нервных клеток может привести к дегенеративным заболеваниям, таким как болезнь Паркинсона и рассеянный склероз.
Улучшение аналитических инструментов
Сотрудник постдокторского исследования Бхиманна Куппаст смешивает экспериментальные соединения, которые предназначены для взаимодействия с тиолом на поверхности клетки и в митохондриях.
Благодаря грантам Национального института здравоохранения на сумму почти 800000 долларов Гуан и его команда разработали первый реагент для визуализации, который может определять уровни тиола в интактных живых клетках. Предыдущие методы определения концентрации тиолов требовали разрушения клеток и тканей.
"Мы нашли соединение, которое может количественно определять плотность тиола в живых клетках посредством определенного типа химической реакции," он сказал. В присутствии тиола химическое вещество излучает флуоресценцию – чем выше уровень тиола, тем выше флуоресценция. Снижение флуоресценции означает, что тиолы были израсходованы, пытаясь защитить клетку, а это означает, что она с большей вероятностью будет повреждена.
Получив новый трехлетний грант NIH в размере 327 500 долларов, Гуан надеется разработать реагенты, которые могут выборочно определять плотность тиолов в субклеточных структурах, особенно в ядре и митохондриях.
"Это важные субклеточные органы," Сказал Гуань, сравнивая функцию клеточных митохрондрий с функцией сердца.
Кроме того, ядра клеток содержат ДНК, которая может быть изменена окислительным стрессом.
"Распределение тиолов внутри клетки неравномерно," он сказал.
Исследователи-медики теперь используют центрифуги для разделения субклеточных структур, потому что их вес различен. По словам Гуана, с помощью этого центробежного метода можно определить концентрацию тиола в митохондриях, но не распределение и плотность тиола в митохондриях.
Кроме того, "уровни тиола в ядре не могут быть точно определены, так как тиолы просачиваются во время выделения."
Изучение субклеточных структур
По словам Гуань, когда речь идет о возрастных дегенеративных заболеваниях, "Много неизвестного." Если Гуан и его команда добьются успеха, у ученых будет аналитический инструмент для наблюдения за тем, как тиолы в субклеточных структурах влияют на дегенерацию.
Например, если исследователи увидят заметное снижение митохондриального тиола перед появлением симптомов Альцгеймера, Гуан объяснил, что, "возможно, мы сможем найти способ доставить тиол в митохондрии, чтобы предотвратить или замедлить это."
Кроме того, ученые могут использовать этот аналитический инструмент, чтобы определить, защитило ли вмешательство субклеточную структуру, отметил Гуан. Он надеется разработать нетоксичный реагент, достаточно безопасный, чтобы его можно было использовать для диагностической визуализации, например, МРТ.