Ricerche

Il morbo di Alzheimer, un disturbo neurodegenerativo, provoca perdita di memoria e compromette le capacità cognitive in molte persone di oltre 60 anni. Le tecniche attualmente usate per rilevare le manifestazioni della malattia (scansioni MRI, PET, TC) sono complesse, e spesso producono risultati inconcludenti.

"Il nostro obiettivo era trovare una soluzione affidabile ed economica", afferma Debasis Das, assistente professore nel Dipartimento di Chimica Inorganica e Fisica (IPC) dell'Indian Institute of Science (IISc).

In uno studio pubblicato su Analytical Chemistry, lui e Jagpreet Sidhu, post-dottorato dell'IPC, hanno progettato una piccola sonda fluorogenica molecolare in grado di rilevare un enzima specifico legato alla progressione del MA. Tale sonda può essere facilmente fabbricata in strisce, permettendo la diagnosi in loco.

"Le sonde fluorogeniche non sono fluorescenti da sole, ma dopo una reazione con un enzima bersaglio, diventano fluorescenti", spiega Das. "Il nostro enzima bersaglio è l'acetilcolinesterasi (AChE). Gli studi hanno dimostrato che nelle prime fasi del MA, i livelli di AChE diventano squilibrati, rendendolo così un potenziale biomarcatore per la malattia".

Le cellule cerebrali o i neuroni secernono neurotrasmettitori: molecole di segnalazione che istruiscono altre cellule a svolgere determinate funzioni. L'acetilcolina (ACh) è uno di questi neurotrasmettitori; i suoi livelli nel nostro sistema nervoso sono strettamente controllati da enzimi come AChE, che la scompongono in due parti: acido acetico e colina. Gli approcci attuali determinano indirettamente i livelli di AChE misurando i livelli di colina. Spesso danno anche risultati confondenti perché l'AChE ha 'enzimi gemelli' come butirilcolinesterasi e colinesterasi che funzionano su substrati simili, inclusa l'ACh, afferma Das.

Il team ha prima analizzato le strutture cristalline dell'enzima (AChE) e del substrato (ACh). Quindi, hanno progettato una molecola sintetica che imita l'ACh. La sonda sviluppata dal team ha un elemento strutturale (ammonio quaternario) che interagisce specificamente con AChE e un altro che si lega al sito attivo in AChE e viene digerito (proprio come l'ACh naturale), emettendo un segnale fluorescente.

La squadra ha modificato la distanza tra i due elementi per indurli a legarsi strettamente all'enzima.

“Negli studi precedenti, le persone non hanno usato questo gruppo di ammonio quaternario. Per questo motivo, non sono riusciti a raggiungere specificità e selettività", afferma Sidhu, che è il primo autore dello studio.

Per testare la capacità della sonda di essere digerita specificamente dall'enzima, il team ha utilizzato AChE disponibile in commercio e AChE cerebrale umana prodotta in laboratorio, espressa in batteri. Sebbene in passato l'AChE sia stata estratta dal cervello umano, purificata e cristallizzata, questa è la prima volta che è stata purificata nella forma attiva dopo la clonazione e l'espressione in un sistema batterico, affermano i ricercatori.

In collaborazione con il laboratorio di Deepak Saini del Dipartimento di Biologia e Genetica dello Sviluppo dell'IISc, il team ha dimostrato che la sonda fluorogenica potrebbe anche entrare nelle cellule cerebrali coltivate in laboratorio e produrre fluorescenza al contatto con AChE.

“Ora abbiamo una prova di concetto e un percorso. Il nostro obiettivo è tradurla in un modello di MA. Per questo, dobbiamo modificare la sonda", afferma Das. Attualmente, la sonda è attiva all'UV, e quindi può essere dannosa per i tessuti ad alte dosi. “Queste modifiche porterebbero allo sviluppo di sonde attive nel vicino infrarosso, che sarebbero più sicure per le cellule viventi e consentirebbero di visualizzare tessuti in profondità. Siamo già abbastanza vicini a farlo".

Oltre al MA, tale sonda può essere usata anche per altre applicazioni, come rilevare l'avvelenamento da pesticidi, poiché l'AChE può essere inibita da composti usati in alcuni pesticidi, aggiunge Sidhu.