الارتباط الجديد بين مرض الزهايمر والحديد يمكن أن يؤدي إلى تدخلات طبية جديدة

ملخص: كشف مسبار تصوير جديد عن زيادة أكسدة الحديد في مناطق الدماغ حيث تحدث لويحات الأميلويد في الدماغ في مرض الزهايمر.

مصدر: يوتا أوستن

هناك مجموعة متزايدة من الأدلة على أن الحديد في الدماغ قد يلعب دورًا في الإصابة بمرض الزهايمر.

لإضفاء وزن على هذه الفكرة ، أظهر مسبار تصوير جديد لأول مرة أنه في نفس مناطق الدماغ حيث تحدث لويحات بيتا أميلويد المرتبطة بمرض الزهايمر ، هناك أيضًا زيادة في أكسدة الحديد ، مما يعني أن الحديد في هذه المناطق موجود أكثر تفاعلاً في وجود الأكسجين.

يمكن أن يقدم مسبار التصوير الخاص بهم مزيدًا من التفاصيل حول أسباب مرض الزهايمر ويساعد في البحث عن أدوية جديدة لعلاجه.

نشر فريق من جامعة تكساس في أوستن وجامعة إلينوي في أوربانا شامبين دراسة اليوم حول تقنية التصوير الجديدة والنتائج في تقدم العلم.

قال يي لو ، المؤلف المقابل وأستاذ الكيمياء في جامعة أوستن ، “كانت الصلة بين أكسدة الحديد ومرض الزهايمر صندوقًا أسود”. “الجزء الأكثر إثارة بالنسبة لي هو أن لدينا الآن طريقة لتسليط الضوء على هذا الصندوق الأسود حتى نتمكن من البدء في فهم هذه العملية برمتها بمزيد من التفصيل.”

منذ حوالي عقد من الزمان ، اكتشف العلماء داء الفيروس ، وهي عملية في الجسم تعتمد على مستويات الحديد المرتفعة ، تؤدي إلى موت الخلايا وتلعب دورًا رئيسيًا في الأمراض التنكسية العصبية ، مثل مرض الزهايمر.

باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي على مرضى الزهايمر الأحياء ، لاحظ العلماء أن هؤلاء المرضى يميلون إلى ارتفاع مستويات الحديد في الدماغ ، على الرغم من أن هذه الطريقة لا تفرق بين أشكال الحديد المختلفة.

اقترحت هذه النتائج مجتمعة أن الحديد قد يلعب دورًا في تدمير خلايا الدماغ لدى مرضى الزهايمر.

بالنسبة للدراسة الجديدة ، طور الباحثون مستشعرات فلورية قائمة على الحمض النووي يمكنها اكتشاف شكلين مختلفين من الحديد (Fe²⁺ و Fe³⁺) في نفس الوقت في مزارع الخلايا وفي شرائح الدماغ من الفئران المعدلة وراثيًا لتقليد مرض الزهايمر. يضيء أحد المستشعرات باللون الأخضر للحديد²⁺ والآخر يضيء باللون الأحمر للحديد³⁺. هذه هي أول تقنية تصوير يمكنها الكشف في وقت واحد عن كل من أشكال الحديد في الخلايا والأنسجة مع الإشارة أيضًا إلى كميتها وتوزيعها المكاني.

“أفضل جزء في جهاز الاستشعار لدينا هو أنه يمكننا الآن تصور التغيرات في الحديد²⁺ و Fe³⁺ قال يوتينج وو ، المؤلف الأول المشارك للدراسة وباحث ما بعد الدكتوراه في مختبر لو في جامعة أوستن ، “ونسبهم في كل موقع”. “يمكننا تغيير معامل واحد في كل مرة لمعرفة ما إذا كان يغير اللويحات أو حالات الأكسدة للحديد.”

يمكن أن تساعدهم هذه القدرة على فهم أفضل لسبب وجود نسبة متزايدة من الحديد³⁺ إلى Fe²⁺ في موقع لويحات بيتا اميلويد وما إذا كانت زيادة أكسدة الحديد متورطة في تكوين اللويحات.

السؤال الرئيسي الآخر هو ما إذا كان أكسدة الحديد متورطة بشكل مباشر في موت الخلايا في مرض الزهايمر ، أو مجرد منتج ثانوي. يخطط الباحثون لاستكشاف هذا السؤال في فئران الزهايمر. إذا حددت الأبحاث الإضافية أن الحديد وتغيرات الأكسدة والاختزال تسبب بالفعل موت الخلايا في مرضى الزهايمر ، يمكن أن توفر هذه المعلومات استراتيجية جديدة محتملة لتطوير الأدوية.

بمعنى آخر ، ربما يكون الدواء الذي يغير نسبة Fe³⁺ إلى Fe²⁺ يمكن أن تساعد في حماية خلايا الدماغ. يمكن استخدام مسبار التصوير الجديد لاختبار مدى نجاح الأدوية المرشحة في تغيير النسبة.

لتطوير المستشعرات ، استأجر العلماء أولاً مختبرًا تجاريًا لإنتاج مكتبة من 100 تريليون خيوط قصيرة من الحمض النووي ، من خلال عملية كيميائية تسمى تخليق قليل النوكليوتيد.

ثم أجروا عملية غربلة للعثور على تلك الخيوط التي تتعرف – أو في لغة الكيمياء “ترتبط بإحكام وتجري تفاعل تحفيزي مع” – شكل معين من الحديد وليس أي أشكال أخرى.

لإكمال المستشعرات ، تمت إضافة مكونات أخرى بما في ذلك جزيئات تسمى فلوروفورز التي تتوهج بلون معين عندما يتعرف المسبار على شكل معين من الحديد.

تعاون Lu ، الذي نقل مختبره إلى UT Austin من جامعة إلينوي في Urbana-Champaign في صيف عام 2021 ، مع الباحثين هناك بما في ذلك أستاذ الكيمياء Liviu Mirica.

التمويل: تم دعم هذا العمل من قبل المعاهد الوطنية للصحة وجمعية الزهايمر ومؤسسة روبرت أ. يشغل لو كرسي ريتشارد جي في جونسون – ويلش ريجنتس في الكيمياء.

حول هذا البحث عن أخبار مرض الزهايمر

مؤلف: مارك ايرهارت
مصدر: يوتا أوستن
اتصال: مارك إيرهارت – يوتا أوستن
صورة: تُنسب الصورة إلى David Steadman / جامعة تكساس في أوستن

البحث الأصلي: الوصول المفتوح.
“يظهر التصوير المتزامن Fe2 + / Fe3 + إثراء Fe3 + على Fe2 + في دماغ فأر الزهايمر“بقلم يي لو وآخرون. تقدم العلم

خلاصة

يظهر التصوير المتزامن Fe2 + / Fe3 + إثراء Fe3 + على Fe2 + في دماغ فأر الزهايمر

تصور أيونات المعادن النشطة الأكسدة والاختزال ، مثل الحديد²⁺ و Fe³⁺ الأيونات ضرورية لفهم دورها في العمليات البيولوجية والأمراض البشرية. على الرغم من تطور مجسات وتقنيات التصوير ، إلا أن تصوير كل من Fe²⁺ و Fe³⁺ في وقت واحد في الخلايا الحية ذات الانتقائية والحساسية العالية لم يتم الإبلاغ عنها.

هنا ، اخترنا وطورنا مستشعرات الفلورسنت المستندة إلى DNAzyme والتي تكون انتقائية لأي من Fe²⁺ أو Fe³⁺، مما يكشف عن انخفاض الحديد³⁺/ Fe²⁺ النسبة أثناء الإصابة بالفيروس وزيادة الحديد³⁺/ Fe²⁺ النسبة في دماغ الفأر مرض الزهايمر.

الحديد المرتفع³⁺/ Fe²⁺ لوحظت النسبة بشكل رئيسي في مناطق لوحة الأميلويد ، مما يشير إلى وجود علاقة بين لويحات الأميلويد وتراكم الحديد.³⁺ و / أو تحويل الحديد²⁺ إلى Fe³⁺.

يمكن أن توفر أجهزة الاستشعار الخاصة بنا رؤى عميقة حول الأدوار البيولوجية لدورة الأكسدة والاختزال في الحديد القابل للتغير.