Hoewel amyloïde plaques al lang nauw in verband worden gebracht met mechanismen die de ziekte van Alzheimer veroorzaken, visualiseren hoe amyloïde eiwitten assembleren, blijft moeilijk. De amyloïde fibrillen ter grootte van een nanometer zijn slechts een fractie van de grootte die de beste lichtmicroscopen kunnen oplossen. Nieuw werk dat een van de oudst bekende reagentia voor amyloïde looks een nieuwe bestemming geeft om een ​​duidelijker beeld te geven van hoe fibrillen samenkomen.

Een team van onderzoekers van de Washington University in St. Louis, VS., en University College London in het VK, heeft een nieuwe benadering aangetoond voor beeldvorming op nanoschaal van amyloïde structuren zonder ze chemisch te veranderen. Met behulp van Thioflavine T (ThT), een kleurstof waarvan al bijna een eeuw bekend is dat deze fluoresceert bij contact met amyloïde fibrillen, de nieuwe methode stelt onderzoekers in staat om eiwitten geassocieerd met amyloïde plaques te visualiseren, genaamd Aβ42 en Aβ40, preciezer dan ooit.

Kevin Spehar, een hoofdco-auteur van het team, zullen hun werk beschrijven in een mondelinge presentatie, getiteld "Lange-Term Super-Resolution Imaging of Amyloid Structures using Transient Binding of Thioflavine T, " op het OSA Biophotonics Congress:Optics in the Life Sciences-bijeenkomst in Tucson, Aris., VS., 14-17 april 2019.

Naast het produceren van afbeeldingen van amyloïde aggregaten met een resolutie op nanoschaal, Met de techniek van de groep kunnen onderzoekers snapshots maken van hoe fibrillen zich opbouwen en reageren op hun omgeving. Hun aanpak testen, het team kon voor het eerst direct een anti-amyloïde medicijn aan het werk zien.

"Als het om amyloïde gaat, we gebruiken woorden als 'monomeer' en 'oligomeer' en 'fibril, ' maar die woorden beschrijven alleen echt wat we eerder hebben kunnen zien, " zei mede-auteur van het artikel Dr. Matthew Lew. "Die woorden zijn volkomen ontoereikend om het complexe, verschillende samenstellingen van deze moleculen."

Hoewel het aanvallen van amyloïde assemblagemethoden opvalt als een toonaangevende voorgestelde therapie voor de ziekte van Alzheimer, Dr. Jan Bieschke, een andere co-auteur van het artikel, zei dat het bestuderen van amyloïde aggregaten unieke uitdagingen biedt voor onderzoekers.

Immunofluorescente technieken, die in veel andere gebieden van de biologie worden gebruikt en antilichamen gebruiken om biomoleculen te labelen, tekort schieten omdat ze de neiging van amyloïd om te aggregeren zouden verstoren, waardoor het onmogelijk is om het mechanisme achter de ziekte van Alzheimer nauwkeurig te bestuderen.

Cryo-elektronenmicroscopie biedt superieure resolutie, maar kan slechts een enkele, statische momentopname van een amyloïde monster.

"Het gedurende langere tijd in beeld brengen van amyloïde dynamiek is cruciaal als we willen begrijpen hoe een medicijn de amyloïde-aggregatie beïnvloedt of hoe het een amyloïde vezel demonteert, ' zei Bieschke.

Om deze problemen aan te pakken, het team wendde zich tot de al lang bestaande fluorofoor, thT, die het modificeren van amyloïde vermijdt door er in de eerste plaats niet covalent aan te binden. In plaats daarvan, elk ThT-molecuul fluoresceert ongeveer 15 milliseconden terwijl het in contact is met amyloïde.

Het resultaat, Lew zei, is dat de rol van ThT in beeldvorming verschuift van een eenvoudige fluorofoor naar een moleculaire sensor voor amyloïde.

"Dit gebruikt letterlijk een molecuul van één tot twee nanometer als sensor, " zei hij. "Ik denk dat dit concept veel potentieel heeft om te worden veralgemeend voor biomedische en chemische beeldvormingstoepassingen."

De beeldvorming liet het team kijken hoe Aβ42-fibrillen werden hermodelleerd en opgelost met de introductie van epi-gallocatechinegallaat, een model anti-aggregatiedrug die Bieschke en collega's ontdekten.

"De meeste fluorescentiemicroscopietechnieken, vooral bij het streven naar nanometerresolutie, zorgvuldige afstemming van reagentia en omstandigheden vereisen, " zei Bieschke. "Onze aanpak heeft veel van die complexiteit weggenomen. Tegelijkertijd, het kan worden gecombineerd met traditionele op antilichamen gebaseerde benaderingen voor gemultiplexte beeldvorming."

Bieschke hoopt de techniek te verbeteren om te kunnen zien hoe amyloïde structuren zich verspreiden bij Alzheimer en aanverwante ziekten. Lew zei dat hij veel toekomstige toepassingen ziet voor het gebruik van moleculen zoals ThT als moleculaire sensoren, variërend van onderzoek naar de ziekte van Parkinson tot diabetes tot materiaalkunde.