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Ricerche

Laser a infrarossi distrugge le placche di amiloide nell'Alzheimer

amyloid fibril before and after irradiationFibrilla amiloide prima (sinistra) e dopo l'irradiazione con laser a infrarossi.

L'aggregazione di proteine ​​in strutture chiamate 'placche amiloidi' è una caratteristica comune di molte malattie neurodegenerative, compreso il morbo di Alzheimer (MA). Ora degli scienziati, attraverso esperimenti e simulazioni, rivelano che la risonanza con un laser a infrarossi, quando è sintonizzato su una frequenza specifica, provoca la disintegrazione completa delle fibrille amiloidi.


La loro scoperta apre le porte a possibilità terapeutiche per le malattie neurodegenerative collegate alla placca amiloide, che si sono finora rivelate incurabili.


Una caratteristica notevole di diverse malattie neurodegenerative, come il MA e il Parkinson, è la formazione di placche nocive che contengono aggregati di proteine ​​amiloidi, chiamate fibrille. Purtroppo, anche dopo decenni di ricerca, liberarsi di queste placche è rimasta una sfida erculea. Perciò le opzioni di trattamento disponibili per i pazienti con questi disturbi sono limitate e non molto efficaci.


Negli ultimi anni, invece di seguire la via chimica con farmaci, alcuni scienziati si sono rivolti ad approcci alternativi, come gli ultrasuoni, per distruggere le fibrille amiloidi e arrestare la progressione del MA.


Ora, un gruppo di ricerca guidato dal dott. Takayasu Kawasaki (IR-FEL Research Center, Tokyo University of Science, Giappone) e dal dott. H. Nguyen Phuong (Centre National de la Recherche Scientifique, Francia), e che comprendeva altri ricercatori dell'Aichi Synchrotron Radiation Center e del Synchrotron Radiation Research Center dell'Università di Nagoya, in Giappone, ha usato nuovi metodi dimostrando che l'irraggiamento a laser infrarosso può distruggere le fibrille amiloidi.


Nel loro studio, pubblicato nel Journal of Physical Chemistry B, gli scienziati presentano i risultati di esperimenti laser e di simulazioni di dinamica molecolare. Questo duplice attacco al problema era necessario a causa dei limiti intrinseci di ogni approccio, come spiega il dott. Kawasaki:

"Anche se gli esperimenti laser, accoppiati con vari metodi di microscopia, possono fornire informazioni sulla morfologia e l'evoluzione strutturale delle fibrille amiloidi dopo l'irradiazione laser, questi esperimenti hanno risoluzioni spaziali e temporali limitate, impedendo così una piena comprensione dei meccanismi molecolari alla base.

"Dall'altra parte, se queste informazioni possono essere ottenute da simulazioni molecolari, l'intensità del laser e il tempo di irradiazione usati nelle simulazioni sono molto diversi da quelli usati in esperimenti reali. È quindi importante determinare se il processo di dissociazione delle fibrille indotta da laser, ottenuto attraverso esperimenti e simulazioni, è simile".


Gli scienziati hanno usato una porzione di una proteina di lievito, nota per formare fibrille amiloidi da sola. Nei loro esperimenti, hanno sintonizzato la frequenza di un fascio laser a infrarossi a quella della 'banda I ammide' della fibrilla, creando una risonanza. Le scansioni a microscopia elettronica hanno confermato che le fibrille amiloidi si sono disassemblate a seguito dell'irraggiamento laser alla frequenza di risonanza, e una combinazione di tecniche spettroscopiche ha rivelato dettagli sulla struttura finale dopo la dissociazione delle fibrille.


Per le simulazioni, i ricercatori hanno impiegato una tecnica che alcuni membri della squadra attuale avevano sviluppato in precedenza, chiamata 'simulazioni di dinamica molecolare di non equilibrio (NEMD, nonequilibrium molecular dynamics).


I risultati del team hanno confermato quelli dell'esperimento e hanno inoltre chiarito l'intero processo di dissociazione dell'amiloide fino a dettagli molto specifici. Attraverso le simulazioni, gli scienziati hanno osservato che il processo inizia al centro della fibrilla, dove le risonanza rompe i legami intermolecolari di idrogeno, e quindi separa le proteine ​​dell'aggregato. La rottura di tale struttura si diffonde verso l'esterno, alle estremità della fibrilla.


Insieme, l'esperimento e la simulazione rendono un buon esempio di un possibile trattamento innovativo per le malattie neurodegenerative. Il dott. Kawasaki osserva:

"In considerazione dell'incapacità dei farmaci esistenti di rallentare o invertire il deterioramento cognitivo nel MA, è molto desiderabile lo sviluppo di approcci non-farmaceutici. La possibilità di usare i laser infrarossi per dissociare le fibrille amiloidi costituisce un approccio promettente".


L'obiettivo a lungo termine del team è stabilire un quadro che combina esperimenti laser con simulazioni NEMD per studiare il processo di dissociazione della fibrilla ancora più in dettaglio, e nuovi lavori sono già in corso. Si spera che tutti questi sforzi accendano un faro di speranza per coloro che si occupano di MA o di altre malattie neurodegenerative.

 

 

 


Fonte: Tokyo University of Science (> English text) - Traduzione di Franco Pellizzari.

Riferimenti: Takayasu Kawasaki, Viet Hoang Man, Yasunobu Sugimoto, Nobuyuki Sugiyama, Hiroko Yamamoto, Koichi Tsukiyama, Junmei Wang, Philippe Derreumaux, Phuong Nguyen. Infrared Laser-Induced Amyloid Fibril Dissociation: A Joint Experimental/Theoretical Study on the GNNQQNY Peptide. The Journal of Physical Chemistry B, 19 June 2020, DOI

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