Laboratoriumstudies door chemische ingenieurs van UC Santa Barbara kunnen leiden tot nieuwe experimentele methoden voor vroege detectie en diagnose - en tot mogelijke behandelingen - voor pathologische weefsels die voorlopers zijn van multiple sclerose en soortgelijke ziekten.

Het bereiken van een nieuwe methode voor nanoscopische beeldvorming, het wetenschappelijke team bestudeerde de myelineschede, het membraan dat de zenuwen omringt dat aangetast is bij patiënten met multiple sclerose (MS). De studie is gepubliceerd in de online editie van deze week van de Proceedings van de National Academy of Sciences ( PNAS ).

"Myelinemembranen zijn een klasse van biologische membranen die slechts twee moleculen dik zijn, minder dan een miljoenste millimeter, " zei Jacob Israelachvili, een van de senior auteurs en hoogleraar chemische technologie en materialen aan de UCSB. "De membranen wikkelen zich rond de zenuwaxonen om de myeline-omhulsel te vormen."

Hij legde uit dat de manier waarop verschillende delen van het centrale zenuwstelsel, inclusief de hersenen, door het hele lichaam met elkaar communiceren via de overdracht van elektrische impulsen, of signalen, langs de fibreuze myelinescheden. De omhulsels werken als elektrische kabels of transmissielijnen.

"Defecten in de moleculaire of structurele organisatie van myelinemembranen leiden tot verminderde transmissie-efficiëntie, " zei Israelachvilli. "Dit resulteert in verschillende sensorische en motorische stoornissen of handicaps, en neurologische ziekten zoals multiple sclerose."

Op microscopisch niveau en op macroscopisch niveau, die voor het oog zichtbaar is, MS wordt gekenmerkt door het verschijnen van laesies of vacuolen in de myeline, en resulteert uiteindelijk in de volledige desintegratie van de myelineschede. Deze progressieve desintegratie wordt demyelinisatie genoemd.

De onderzoekers richtten zich op wat er gebeurt op moleculair niveau, vaak aangeduid als het nanoscopische niveau. Dit vereist zeer gevoelige visualisatie- en karakteriseringstechnieken.

Het artikel beschrijft fluorescentiebeeldvorming en andere metingen van domeinen, dat zijn kleine heterogene clusters van lipidemoleculen – de hoofdbestanddelen van myelinemembranen – die waarschijnlijk verantwoordelijk zijn voor de vorming van laesies. Ze deden dit met behulp van moleculaire modellagen in composities die zowel gezonde als zieke myelinemembranen nabootsen.

Ze zagen verschillen in uiterlijk, maat, en gevoeligheid voor druk, van domeinen in de gezonde en zieke monolagen. Volgende, ontwikkelden ze een theoretisch model, in termen van bepaalde moleculaire eigenschappen, dat lijkt hun waarnemingen kwantitatief te verklaren.

"De ontdekking en karakterisering van domeinen ter grootte van een micron die verschillend zijn in gezonde en zieke lipidensamenstellingen, hebben belangrijke implicaties voor de manier waarop deze membranen met elkaar interageren, "zei Israelachvili. "En dit leidt tot een nieuw begrip van demyelinisatie op moleculair niveau."

De bevindingen maken de weg vrij voor nieuwe experimentele methoden voor vroege detectie, diagnose, enscenering, en mogelijke behandeling van pathologische weefsels die voorlopers zijn van MS en andere membraangerelateerde ziekten, volgens de auteurs.