Un team di ricercatori del Massachusetts General Hospital (MGH) e del Rowland Institute dell'Università di Harvard ha utilizzato una nanosonda specializzata sviluppata dai ricercatori di Harvard/Rowland per misurare direttamente i livelli di proteine ​​chiave all'interno di organismi viventi, cellule coltivate. Come descritto nella rivista Nano lettere , i ricercatori hanno utilizzato il dispositivo per monitorare i livelli delle proteine ​​beta-amiloide (A-beta) e tau associate all'Alzheimer nei neuroni e in altre cellule esposte a un anestetico noto per produrre cambiamenti simili all'Alzheimer nel cervello dei topi. I loro risultati supportano l'idea che la generazione di A-beta sia tra i primi passi che portano alla caratteristica neurodegenerazione del morbo di Alzheimer.

"Per studiare le dinamiche di A-beta e tau, avevamo bisogno di un modo per attivare l'espressione di entrambe le proteine ​​e di uno strumento per tenere traccia dei cambiamenti dinamici dell'espressione proteica, ", afferma l'autore principale Feng Liang, dottorato di ricerca, un ricercatore presso il Rowland Institute.

Nel 2008, alcuni membri dell'MGH dell'attuale team hanno dimostrato che l'anestetico isoflurano induce cambiamenti caratteristici osservati nell'Alzheimer - compresa l'attivazione degli enzimi della morte cellulare e la generazione di A-beta - nelle cellule in coltura e nel cervello dei topi. Nel 2014, i ricercatori di Harvard/Rowland hanno dimostrato la capacità del loro nanodispositivo di rilevare i livelli di proteine ​​intracellulari negli esseri viventi, cellule coltivate. L'attuale studio unisce entrambi questi risultati per indagare su una questione chiave riguardante il meccanismo della malattia di Alzheimer:se la generazione di A-beta precede o segue la generazione della forma anormale di tau che caratterizza la malattia.

La punta del dispositivo sviluppato dagli investigatori di Harvard/Rowland è di circa 50 nanometri (miliardesimi di metro) di diametro, circa 200 volte più piccolo di una singola cella. Un nanorod d'oro integrato funge da biosensore per quella che viene chiamata risonanza plasmonica di superficie, un'oscillazione di elettroni in risposta a un segnale luminoso che può generare una lettura ottica che riflette i segnali di legame proteico. Gli anticorpi che prendono di mira proteine ​​specifiche possono essere integrati nella sonda per fornire misurazioni specifiche dei livelli proteici. Il team ha prima dimostrato che era possibile utilizzare la sonda con punta in fibra nanoplasmonica (nFTP) per quantificare i livelli di proteine ​​nelle singole cellule senza influire sulla loro vitalità e vitalità.

Utilizzando il dispositivo nFTP, i ricercatori hanno quindi monitorato i cambiamenti dei livelli di A-beta e della forma di tau associata all'Alzheimer, che è caratterizzato da molecole di fosfato in eccesso, in cellule in coltura trattate con isoflurano. Le letture hanno indicato che l'aumento dell'espressione di A-beta ha preceduto l'aumento dei livelli di tau fosforilata di diverse ore. La squadra ha poi dimostrato che, mentre il blocco dell'espressione A-beta riduceva i livelli di tau, il blocco della tau non ha impedito l'aumento iniziale di A-beta. Però, senza espressione di tau fosforilata, I livelli di A-beta alla fine hanno iniziato a scendere, suggerendo una sequenza in cui la generazione di A-beta stimola la fosforilazione della tau, che promuove un'ulteriore generazione di A-beta.

"Abbiamo portato il tradizionale test immunologico nelle cellule viventi con una sensibilità squisita, "dice Qimin Quan, dottorato di ricerca, un borsista presso il Rowland Institute e co-autore corrispondente di Nano lettere rapporto. "Il dispositivo è ancora limitato nella sua capacità di misurare un gran numero di singole celle, richiedono un ulteriore miglioramento. Ma la sua alta sensibilità, l'assenza di etichette e la capacità di una singola cellula lo rendono uno strumento unico per la diagnosi di campioni limitati ottenuti clinicamente."

Zhongcong Xie, dottore, dottorato di ricerca, Direttore dell'Unità di Ricerca sull'Anestesia Geriatrica del Dipartimento di Anestesia MGH, Critical Care and Pain Medicine e co-autore corrispondente dello studio, aggiunge, "Ogni anno circa 8,5 milioni di pazienti con malattia di Alzheimer hanno bisogno di anestesia e cure chirurgiche in tutto il mondo. Imparare come l'anestesia influisce sui meccanismi alla base dell'Alzheimer richiederà la collaborazione tra specialisti in anestesia, neurologia e ingegneria. Inoltre, questo uso sia di un anestetico che del dispositivo nFTP per misurare le interazioni tra A-beta e tau è solo un primo passo." Xie è professore di anestesia alla Harvard Medical School.