Studie können zukünftige Erkenntnisse über Ursachen und Mechanismen der demyelinisierenden Erkrankungen liefern

Mit der Oberflächenkräfte Gerät und ein Rasterkraftmikroskop , haben Forscher an der UC Santa Barbara ein MolekularansatzMyelinmembranWechselwirkungen in demyelinisierenden Erkrankungen , wie zum Beispiel genommen , was zu Einsichten multiple sklerose . Ihre Forschung ist in den Proceedings der Nationalen Akademie der Wissenschaften.

Für ein gesundes Nervensystem , Axone - die langen Projektionen unserer Nervenzellen, die in unserem Körper führen - müssen gut isoliert . Ähnlich wie bei herkömmlichen Netzkabel benötigen elektrische Isolatoren um die Leitungsdrähte für die effiziente und effektive Übertragung von Strom, verlassen Axone auf mehreren Doppelschichten von Myelin , um eine schnelle und sichere Übertragung von Impulsen zwischen beizubehalten , zum Beispiel , dem Gehirn und Organ oder Rückenmark und Muskel . Diese Doppelschichten aus Lipiden ( Fettmoleküle ), Protein und Wasser.

" Im Grunde ist diese Myelin mehreren Stapeln von Lipid-Doppelschichten ", sagte Dong Woog Lee , ein Forscher in UCSB Department of Chemical Engineering und der Studie führen Autor. "Sie müssen kompakt und mit sehr wenig Wasser zwischen den Doppelschichten zu sein."

Doch selbst die kleinste Veränderung in der Zusammensetzung dieser Myelin -Doppelschichten , um ihre Fähigkeit, Axone isolieren beeinflussen , fanden die Forscher . Zu beobachten und zu messen, die Merkmale und die Unterschiede zwischen gesunden und kranken Myelin -Doppelschichten , studierte sie die Fähigkeit dieser Schichten aneinander haften .


Myelinscheiden isolieren das Axon einer Nervenzelle und ermöglichen die schnelle Übertragung von Impulsen .
Peter Allen Illustration

Auf jeder der beiden gegenüberliegenden Oberflächen des Oberflächenkräfte Gerät - einem hochempfindlichen Instrument, das Wechselwirkungen zwischen Membranen messen kann - die Forscher hinterlegt eine Lipiddoppelschicht auf einem Glimmersubstrat . Danach das Setup in einer Pufferlösung, die das basische Myelinprotein (MBP) getaucht sie ein Biomolekül üblicherweise in Myelin , das ihnen Hafteigenschaften und spielt eine Rolle bei der Aufrechterhaltung der optimalen Struktur der Myelinscheide. Man brachte die beiden Doppelschichten nahe beieinander , so dass sie aneinander haften und dann zog sie auseinander, Messen der Stärke der Adhäsion , die durch die MBP "Kleber" zwischen den Doppelschichten gebracht , und auch die MBP Adsorption - Die Fähigkeit der MBP -Moleküle auf der Doppelschichten " Oberflächen haften. Sie führten das Experiment mit gesunden Myelin und mit " Krankheit -like" Myelin -Doppelschichten .

" A Lipidbilayer Simulieren eines normalen oder gesunden Myelinmembranadsorbiert dieses Protein viel besser als eine Lipiddoppelschicht Simulieren eines multiple Sklerose - Typ der Myelinmembran", so UCSB Forscher Kai Kristiansen ", was bedeutet , dass das Protein binden stärker an die Lipiddoppelschicht und machen kann zwei apposing Lipid-Doppelschichten haften mehr fest miteinander und in einem geringeren Abstand . - die für einen gut funktionierenden Myelin um ein Neuron in hohem Maße wünschenswert ist "

Ein gemeinsames Merkmal von erkranktem Myelin Schwellung aufgrund verschiedener Ursachen wie der Autoimmunantworten mit MS und ihre Varianten , oder in Fällen von Infektion oder die Exposition gegenüber bestimmten Chemikalien verbunden sind.


Die Oberflächenkräfte Gerät
Bildnachweis : UCSB

Genetik spielen auch eine Rolle für die Gesundheit von Myelin .

" Wenn die Krankheit fortschreitet , können die Menschen sehen, dass sie anschwellen und schließlich vesiculate , wodurch Narben ", sagte Lee . Der MBP Schicht zwischen den Lipiddoppelschichten auch schwillt mit Wasser, das in sickert zwischen den Lipiddoppelschichten. Anstatt eine kompakte, Molekül - Dickschicht , wird der MBP -Schicht mehr gelartige .

" Und da gibt es mehr Wasser zwischen den Doppelschichten , deren Isolationsvermögen sinkt ", fügte Lee . Von dort Impulse verlangsamen entlang des Axons oder zu zerstreuen , bevor sie ihr Ziel erreichen , was zu Lähmungen und Funktionsverlust .

Krankheitsbedingten Veränderungen in Größe und Verteilung der Lipiddomänenstrukturen' verursacht auch unregelmäßige Adsorption von MBP auf die Lipid-Doppelschichten und schwächt ihre Haftungseigenschaften , was zu Nervenisolierungsenken. Dies wiederum führt zu Nervenisolierungzu verringern.

Die molekulare Untersuchung von gesunden und kranken Myelin Doppelschichten unterscheidet sich von konventionellen genetischen, zellulären oder immunologische Ansätze und können zukünftige Einblicke in Ursachen und Mechanismen der demyelinisierenden Erkrankungen bereitzustellen.

Der nächste Schritt , nach Jacob Israelachvili , Professor für Chemieingenieurwesen und der Materialien an der UCSB , ist es, ein benutzerfreundliches Tischgerät , die in Krankenhäusern und Kliniken verwendet werden könnten , um die Membranen von bestimmten Zellen sichtbar zu entwickeln , gesunde und pathologische kann deren Domänenstruktur ein Indikator für das Fortschreiten einer Krankheit sein.

" Derzeit planen wir eine Zusammenarbeit mit einem örtlichen Krankenhaus , uns mit solchen Membranen von leukämischen Blutzellen , dass wir mit einem geeigneten Fluoreszenzfarbstoff zu markieren , um diese Bild Verfügung zu stellen, zum Beispiel ", sagte er .

Ein Diagramm des Experiments unter Verwendung der Oberflächenkräfte Vorrichtung
Bildnachweis : Dong- Woog Lee