Поиск ответов на болезнь Альцгеймера и другие нейродегенеративные расстройства остается одной из самых насущных задач в исследовании мозга. Мачей Дж. Ставиковски, доктор философии, доцент кафедры химии и биохимии в Научном колледже Чарльза Э. Шмидта при Университете Флориды Атлантик, считает, что ключ может заключаться в понимании того, как холестерин и другие липиды перемещаются по клеткам и влияют на их коммуникацию.
«Хорошо известно, что липиды и болезнь Альцгеймера связаны», — сказал Ставиковски, член Института мозга Стайлза-Николсона FAU. «Дисбаланс липидов может привести к образованию амилоидных бляшек — крупных белковых скоплений, которые нарушают функцию клеток, что является отличительным признаком болезни Альцгеймера».
Его команда, в которую входит Ци Чжан, доктор философии, доцент кафедры химии и биохимии FAU и сотрудник Института мозга Стайлза-Николсона FAU, сосредоточилась на разработке современных инструментов для исследования взаимосвязи между липидами и функцией клеток.
Холестерин является важнейшим компонентом клеточных мембран, обеспечивая выработку гормонов, стабильность мембран и передачу сигналов. Однако нарушения перемещения холестерина между клеточными отсеками могут играть роль в болезни Альцгеймера и других нейродегенеративных заболеваниях. Чтобы изучить это, Ставиковски и его команда разработали новые флуоресцентные зонды холестерина (CND), предназначенные для отслеживания холестерина в клеточных мембранах.
Новое исследование, опубликованное в Scientific Reports , демонстрирует, как зонды CND могут помочь в визуализации холестерина в живых клетках . Объединив компьютерное моделирование с визуализацией живых клеток, исследователи обнаружили, как различные конструкции зондов влияют на поведение зондов холестерина.
Эти инновационные зонды могут улучшить наше понимание того, как дисбаланс холестерина способствует болезни Альцгеймера и другим нейродегенеративным расстройствам. Понимая роль холестерина в образовании амилоидных бляшек и клеточной сигнализации, исследователи могут разрабатывать препараты для модуляции липидной активности, что потенциально приведет к новым методам лечения или профилактическим стратегиям.
«Благодаря этим зондам мы теперь можем визуализировать движение и распределение холестерина в живых клетках с беспрецедентной детализацией», — сказал Ставиковски, старший автор исследования.
Зонды CND разработаны с использованием каркаса 1,8-нафталимида (ND), который известен своими уникальными флуоресцентными свойствами, включая большие сдвиги Стокса и чувствительность к изменениям окружающей среды. Эта новая конструкция допускает модульную настройку, позволяя исследователям адаптировать зонды с различными головными группами и линкерами для удовлетворения конкретных экспериментальных требований. Результаты показывают, что изменение головных групп или линкеров может повысить чувствительность и способность зондов к нацеливанию.
Эти зонды подразделяются на три различных типа. Нейтральные зонды, как правило, легко агрегируются, но их клеточное поглощение ограничено. Заряженные зонды, с другой стороны, демонстрируют улучшенную растворимость и лучшее взаимодействие с клеточными мембранами. Зонды, содержащие гидроксильные группы, еще больше усиливают водородные связи и липидные взаимодействия, что делает их особенно эффективными для изучения поведения мембран.
Кроме того, некоторые варианты зондов CND являются чувствительными к pH, что позволяет исследователям отслеживать движение холестерина в органеллах с различной кислотностью, таких как лизосомы и липидные капли. По сравнению с традиционными зондами холестерина, эти инструменты предлагают превосходные флуоресцентные свойства и более точное отслеживание динамики холестерина, обеспечивая более глубокое понимание клеточных процессов.
«Холестерин необходим для работы мозга, но его дисрегуляция может быть ключевым фактором прогрессирования заболевания», — сказал Ставиковски. «Наши новые инструменты открывают окно в то, как холестерин влияет на клеточные процессы, и могут помочь определить терапевтические цели для таких состояний, как болезнь Альцгеймера».
Флуоресцентные зонды холестерина исследовательской группы предлагают применение за пределами болезни Альцгеймера, с потенциальным использованием в биологии мембран, динамике липидов и доставке лекарств. Объединив экспериментальные методы с компьютерным моделированием, команда FAU заложила основу для разработки лучших флуоресцентных зондов холестерина, которые могут быть использованы для изучения широкого спектра расстройств, связанных с липидами.
Эти зонды представляют собой универсальные инструменты, которые можно адаптировать для различных исследовательских нужд, что является важным шагом вперед в понимании роли холестерина в здоровье и болезнях клеток.
