В опубликованной сегодня статье британские ученые обнаружили доказательства того, что биологический материал, способствующий повреждениям мозга, характерным для пациентов с болезнью Альцгеймера, также может вызывать накопление токсичного железа, повреждающего клетки мозга. Ученые сделали открытие, используя передовые методы визуализации на гигантских рентгеновских установках – синхротроне Diamond Light Source в Оксфордшире и других синхротронах в Швейцарии и США.
Железо естественным образом присутствует в организме человека, в том числе в головном мозге. Преобразование этого железа между двумя химическими формами необходимо для нормального функционирования. Однако одна из этих форм железа, известная как двухвалентное железо, может быть высокотоксичным, если оно вырабатывается в избытке или накапливается в тканях, где его нельзя обработать и удалить должным образом. Ученым уже давно известно, что это токсичное железо накапливается в том же месте, что и поражения мозга, вызванные болезнью Альцгеймера.
Исследователи изучали белковый фрагмент, который составляет очаги болезни Альцгеймера, пептид, известный как бета-амилоид, чтобы попытаться понять, как и почему происходит накопление токсичного железа; и является ли это причиной или симптомом повреждения клеток головного мозга у пациентов с болезнью Альцгеймера.
В британском национальном синхротроне Diamond Light Source лучи света в 10 миллиардов раз ярче, чем солнце, использовались, чтобы пролить свет на проблему и изучить химический и магнитный состав железа после его взаимодействия с бета-амилоидом. пептид. Используя эти методы вместе с электронной микроскопией, они стали свидетелями того, как преобладающая биологическая форма железа превращается в более токсичную форму железа. Помимо Diamond Light Source, исследования также проводились в Swiss Light Source и Advanced Light Source в США с использованием прикладных передовых рентгеновских технологий, которые чаще используются для изучения новейших высокотехнологичных материалов.
Эксперименты показали, что пептид, образующий очаги болезни Альцгеймера, способен преобразовывать железо в форму, которая может вызывать повреждение клеток мозга. Это означает, что поражения, вызванные болезнью Альцгеймера, могут вызвать тонкое нарушение того, как мозг управляет железом, сталкивая клетки мозга с уровнем токсичности, с которым они просто не могут справиться.
Это открытие прокладывает путь для будущих медицинских исследований методов лечения, которые могут остановить или управлять преобразованием железа в эту токсичную форму, потенциально замедляя или ограничивая повреждение мозга. Это также может привести к развитию использования магнитно-резонансной томографии (МРТ) для обнаружения ранних стадий заболевания путем картирования измененных структур железа в головном мозге.
Д-р Нил Теллинг из Университета Кила, который руководил исследованием в сотрудничестве с коллегами из Университета Уорика и Университета Флориды, прокомментировал: "Болезнь Альцгеймера – чувствительная и эмоциональная область исследований. Заболевание включает прогрессирующую недостаточность клеток головного мозга, причины которой до сих пор полностью не выяснены. Когда результаты показали повышенный уровень токсичного железа в тканях, пораженных болезнью Альцгеймера, мы поняли, что методы, которые мы использовали для изучения других материалов на основе железа, могут быть применены, чтобы понять, откуда это токсичное железо. Наши наблюдения предполагают происхождение токсичного железа; что он может быть токсичным из-за самих поражений. Это может открыть новые возможности для исследований в области лечения, чтобы остановить накопление этого нейротоксического вещества, потенциально ограничивая ущерб, наносимый болезнью Альцгеймера. Понимание того, как образуется это токсичное железо, также может подсказать нам, где искать ранние стадии заболевания при МРТ, возможно, даже до того, как произойдет необратимое повреждение мозга. Это на ранней стадии, но эти многообещающие результаты кажутся еще одной частью головоломки, позволяющей полностью понять болезнь Альцгеймера."
Д-р Дуг Браун, директор по исследованиям и развитию Общества Альцгеймера, прокомментировал: "Сгустки бета-амилоида являются признаком болезни Альцгеймера, хотя почему они накапливаются таким образом или вызывают гибель клеток мозга, все еще неясно. Это исследование предполагает, что белок может превращать железо в токсичную форму, что приводит к повреждению клеток мозга. Почему это может произойти и как это можно остановить – важные направления исследований в будущем.
"К 2021 году в Великобритании будет миллион людей с деменцией, но мы до сих пор не знаем, что вызывает это состояние, и доступны лишь ограниченные методы лечения. Мы отчаянно нуждаемся в дополнительных исследованиях, направленных на раскрытие основных причин деменции, чтобы помочь нам в наших поисках лучших методов лечения и, в конечном итоге, лекарства."
Эндрю Харрисон, генеральный директор Diamond Light Source, прокомментировал: "Всегда приятно видеть результаты исследования Алмазного источника света, которое может оказать положительное влияние на жизнь людей. Исследования, проведенные в Diamond, приводят к серьезным изменениям в нашем понимании подобных заболеваний, а также поддерживают технологические инновации и разработки новых лекарств для целого ряда различных заболеваний. Мы приложили огромные усилия, чтобы поддерживать Diamond как центр передовых исследований и делать наш источник света доступным для 3000 ученых каждый год; эти группы полагаются на наши передовые возможности, чтобы продолжить свои исследования и сделать важные шаги вперед."