Ricerche

Un nuovo metodo di scansione con sensori fluorescenti a base di DNA sta producendo nuove intuizioni sulla progressione dell'Alzheimer.

Dei ricercatori hanno sviluppato sensori fluorescenti a base di DNA che rilevano allo stesso tempo 2 forme diverse di ferro (verde a destra). Un sensore diventa verde per la forma Fe2+ e l'altro rosso per la Fe3+. Questo metodo ha dimostrato che nelle stesse aree del cervello in cui ci sono le placche di amiloide-beta (blu), c'è anche un aumento del rapporto tra Fe2+ e Fe3+. Fonte: Università del Texas di Austin.

C'è un corpo crescente di prove che il ferro nel cervello può avere un ruolo nel morbo di Alzheimer (MA). A conferma di questa idea, una nuova sonda per scansione ha dimostrato per la prima volta che nelle stesse regioni del cervello in cui sono presenti le placche di amiloide-beta associate al MA, c'è anche un aumento di ossidoriduzione (redox) di ferro, il che significa che il ferro in queste regioni è più reattivo in presenza di ossigeno.

Questa sonda per scansione potrebbe fornire ancora più dettagli sulle cause del MA e aiutare a cercare nuovi farmaci per curarlo. Un team dell'Università del Texas di Austin e dell'Università dell'Illinois di Urbana-Champaign ha appena pubblicato uno studio sulla nuova tecnica di scansione e sulle scoperte su Science Advances.

"Il legame tra redox del ferro e MA era finora una scatola nera", ha dichiarato Yi Lu, autore senior e professore di chimica alla UT Austin. "La parte più entusiasmante per me è che ora abbiamo un modo per far luce in questa scatola nera, in modo da poter iniziare a capire l'intero processo in modo molto più dettagliato".

Circa un decennio fa, gli scienziati hanno scoperto che la ferroptosi, un processo nel corpo che dipende da livelli elevati di ferro, porta alla morte cellulare e ha un ruolo chiave nelle malattie neurodegenerative, come il MA. Usando scansioni a risonanza magnetica su pazienti di MA in vita, gli scienziati hanno osservato che questi pazienti tendono ad avere livelli elevati di ferro nel cervello, sebbene quel metodo non distingua tra le sue diverse forme. Insieme, questi risultati hanno suggerito che il ferro potrebbe avere un ruolo nella distruzione delle cellule cerebrali nei pazienti di MA.

Per il nuovo studio, i ricercatori hanno sviluppato sensori fluorescenti a base di DNA in grado di rilevare allo stesso tempo due diverse forme di ferro (Fe2+ e Fe3+) nelle colture cellulari e nelle sezioni cerebrali di topi modificati geneticamente per imitare il MA. Un sensore si illumina di verde in presenza di Fe2+ e l'altro diventa rosso con Fe3+.

Questa è la prima tecnica di scansione in grado di rilevare simultaneamente entrambe le forme di ferro nelle cellule e nei tessuti, indicando anche la loro quantità e la distribuzione spaziale.

"La parte migliore del nostro sensore è che ora possiamo visualizzare i cambiamenti di Fe2+ e Fe3+ e i loro rapporti in ogni posizione", ha affermato Yuting Wu, una prima coautrice dello studio e ricercatrice post-dottorato nel laboratorio di Lu alla UT Austin. "Possiamo cambiare un parametro alla volta per vedere se cambiano anche le placche o gli stati ossidativi di ferro".

Quell'abilità potrebbe aiutarli a capire meglio perché esiste un aumento del rapporto tra Fe3+ e Fe2+ nella posizione delle placche amiloide-beta e se nella formazione delle placche è coinvolto un aumento di redox del ferro. Un'altra domanda chiave è se il redox del ferro è direttamente coinvolto nella morte cellulare nel MA o semplicemente un sottoprodotto. I ricercatori hanno in programma di esplorare questa domanda nei topi modello di MA.

Se ulteriori ricerche determineranno che il ferro e i suoi cambiamenti di redox causano effettivamente la morte cellulare nei pazienti di MA, tali informazioni potrebbero fornire una potenziale nuova strategia per lo sviluppo di farmaci. In altre parole, forse un farmaco che cambia il rapporto tra Fe3+ e  Fe2+ potrebbe aiutare a proteggere le cellule cerebrali. La nuova sonda per scansione potrebbe essere utile per testare il modo in cui lavorano i farmaci sperimentali per cambiare il rapporto.

Per sviluppare i sensori, gli scienziati hanno prima incaricato un laboratorio commerciale di produrre una biblioteca di 100 trilioni di fili di DNA corti, attraverso un processo chimico chiamato sintesi di oligonucleotidi. Hanno poi eseguito una selezione per trovare quei fili che riconoscono - o nel linguaggio chimico 'si legano strettamente e conducono una reazione catalitica con' - una forma specifica di ferro e non altre forme. Per completare i sensori, sono stati aggiunti altri componenti, come le molecole chiamate fluorofori che si illuminano di un colore specifico quando la sonda riconosce la forma specifica di ferro.