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红外激光如何破坏阿尔茨海默氏症中有害的蛋白质聚集体

几种神经退行性疾病(例如阿尔茨海默氏病和帕金森氏病)的显着特征是形成有害斑块,其中含有淀粉样蛋白聚集物(也称为原纤维)。不幸的是,即使经过数十年的研究,摆脱这些斑块仍然是严峻的挑战。因此,这些疾病患者可用的治疗选择是有限的并且不是很有效。

近年来,一些科学家没有放弃使用药物的化学路线,而是转向了其他方法,例如超声波,以破坏淀粉样蛋白原纤维并阻止阿尔茨海默氏病的进展。现在,由Takayasu Kawasaki博士(日本东京科学大学IR-FEL研究中心)和Phuong H. Nguyen博士(法国国家科学中心)领导的研究小组,包括爱知同步辐射中心的其他研究人员日本名古屋大学同步辐射研究中心已经使用新颖的方法展示了红外激光辐照如何破坏淀粉样蛋白原纤维。

在他们的研究中,发表在《物理化学杂志》 B,科学家介绍了激光实验和分子动力学模拟的结果。由于每种方法的固有局限性,因此必须对这种问题采取两管齐下的攻击,正如川崎博士所解释的那样:“虽然激光实验结合各种显微镜方法可以提供有关激光辐照后淀粉样蛋白纤维的形态和结构演变的信息,但这些实验的空间和时间分辨率有限,因此无法完全理解潜在的分子机制;尽管可以从分子模拟中获得此信息,但模拟中使用的激光强度和照射时间与用于分子模拟的激光强度和照射时间有很大不同。实际实验。

科学家使用了一部分酵母蛋白,该蛋白已知自身会形成淀粉样原纤维。在他们的激光实验中,他们将红外激光束的频率调整为原纤维的“酰胺I谱带”,从而产生共振。扫描电子显微镜图像证实淀粉样蛋白原纤维在共振频率下的激光照射下分解,并且光谱技术的组合揭示了原纤维解离后最终结构的细节。

对于模拟,研究人员采用了当前团队中一些成员先前开发的技术,称为“非平衡分子动力学(NEMD)模拟”。其结果证实了实验结果,并进一步澄清了整个淀粉样蛋白解离过程的细节。通过模拟,科学家们观察到该过程始于原纤维的核心,在该处共振破坏了分子间的氢键,从而分离了聚集体中的蛋白质。然后对该结构的破坏向外扩展到原纤维的末端。

总之,实验和模拟为神经退行性疾病的新型治疗可能性提供了很好的案例。川崎博士说:“鉴于现有药物无法减缓或逆转阿尔茨海默氏病的认知障碍,开发非药物方法非常可取。使用红外激光解离淀粉样蛋白原纤维的能力开辟了一种有希望的方法。”

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