Ny billeddannelse i nanoskala kan føre til nye behandlinger for multipel sklerose

Laboratorieundersøgelser udført af kemiske ingeniører ved UC Santa Barbara kan føre til nye eksperimentelle metoder til tidlig påvisning og diagnose - og til mulige behandlinger - for patologisk væv, der er forløbere for multipel sklerose og lignende sygdomme.

At opnå en ny metode til nanoskopisk billeddannelse, det videnskabelige hold studerede myelinskeden, membranen omkring nerver, der er kompromitteret hos patienter med multipel sklerose (MS). Undersøgelsen er offentliggjort i denne uges online-udgave af Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS ).

"Myelinmembraner er en klasse af biologiske membraner, der kun er to molekyler tykke, mindre end en milliontedel af en millimeter, " sagde Jacob Israelachvili, en af ​​seniorforfatterne og professor i kemiteknik og materialer ved UCSB. "Membranerne vikler sig rundt om nerveaxonerne for at danne myelinskeden."

Han forklarede, at måden forskellige dele af centralnervesystemet, inklusive hjernen, kommunikere med hinanden i hele kroppen er via transmission af elektriske impulser, eller signaler, langs de fibrøse myelinskeder. Skederne fungerer som elektriske kabler eller transmissionsledninger.

"Defekter i den molekylære eller strukturelle organisation af myelinmembraner fører til reduceret transmissionseffektivitet, " sagde Israelachvilli. "Dette resulterer i forskellige sensoriske og motoriske lidelser eller handicap, og neurologiske sygdomme som multipel sklerose."

På det mikroskopiske niveau og det makroskopiske niveau, som er synligt for øjet, MS er karakteriseret ved forekomsten af ​​læsioner eller vakuoler i myelinet, og resulterer til sidst i den fuldstændige opløsning af myelinskeden. Denne progressive disintegration kaldes demyelinisering.

Forskerne fokuserede på, hvad der sker på molekylært niveau, almindeligvis omtalt som det nanoskopiske niveau. Dette kræver meget følsomme visualiserings- og karakteriseringsteknikker.

Artiklen beskriver fluorescensbilleddannelse og andre målinger af domæner, som er små heterogene klynger af lipidmolekyler – hovedbestanddelene af myelinmembraner – som sandsynligvis er ansvarlige for dannelsen af ​​læsioner. De gjorde dette ved at bruge modelmolekylære lag i sammensætninger, der efterligner både sunde og syge myelinmembraner.

De observerede forskelle i udseendet, størrelse, og følsomhed over for tryk, af domæner i de raske og syge monolag. Næste, de udviklede en teoretisk model, med hensyn til visse molekylære egenskaber, der ser ud til at redegøre kvantitativt for deres observationer.

"Opdagelsen og karakteriseringen af ​​domæner i mikronstørrelse, der er forskellige i sunde og syge lipidsamlinger, har vigtige konsekvenser for den måde, hvorpå disse membraner interagerer med hinanden, " sagde Israelachvili. "Og dette fører til ny forståelse af demyelinisering på molekylært niveau."

Resultaterne baner vejen for nye eksperimentelle metoder til tidlig påvisning, diagnose, iscenesættelse, og mulig behandling af patologisk væv, der er forløbere for MS og andre membran-associerede sygdomme, ifølge forfatterne.