Medan amyloidplack länge har varit nära förknippade med mekanismer som driver Alzheimers sjukdom, Att visualisera hur amyloidproteiner sätts samman fortsätter att visa sig vara svårt. De nanometerstora amyloidfibrillerna är bara en bråkdel av den storlek som de bästa ljusmikroskopen klarar av att lösa. Nytt arbete som återanvänder ett av de äldsta kända reagenserna för amyloidutseende för att ge en tydligare bild av hur fibriller går ihop.

Ett team av forskare från Washington University i St. Louis, U.S.A., och University College London i Storbritannien, har visat ett nytt tillvägagångssätt för nanoskala avbildning av amyloidstrukturer utan att kemiskt förändra dem. Genom att använda Thioflavin T (ThT), ett färgämne känt i nästan ett sekel för att fluorescera när det kommer i kontakt med amyloidfibriller, den nya metoden gör det möjligt för forskare att visualisera proteiner associerade med amyloidplack, kallas Aβ42 och Aβ40, mer exakt än någonsin.

Kevin Spehar, en ledande medförfattare från teamet, kommer att beskriva sitt arbete i en muntlig presentation, med titeln "Långsiktig superupplösningsavbildning av amyloidstrukturer med övergående bindning av tioflavin T, " på OSA Biophotonics Congress:Optics in the Life Sciences möte i Tucson, Ariz., U.S.A., 14-17 april 2019.

Förutom att producera bilder av amyloidaggregat med nanoskalaupplösning, gruppens teknik låter forskare ta ögonblicksbilder av hur fibriller byggs upp och reagerar på sin omgivning. Testar deras tillvägagångssätt, teamet kunde för första gången direkt se ett anti-amyloidläkemedel i arbete.

"När det kommer till amyloid, vi använder ord som 'monomer' och 'oligomer' och 'fibril, ' men de orden beskriver egentligen bara vad vi har kunnat se tidigare, " sade medförfattaren Dr. Matthew Lew. "Dessa ord är helt otillräckliga för att exakt beskriva komplexet, olika sammansättningar av dessa molekyler."

Även om attacker av amyloidsammansättningsmetoder framstår som en ledande föreslagen terapi för Alzheimers sjukdom, Dr Jan Bieschke, en annan medförfattare till tidningen, sade att studier av amyloidaggregat utgör unika utmaningar för forskare.

Immunfluorescerande tekniker, som används inom många andra områden inom biologin och använder antikroppar för att märka biomolekyler, kommer till korta eftersom de skulle störa amyloids tendens att aggregera, vilket gör det omöjligt att noggrant studera mekanismen som driver Alzheimers.

Kryoelektronmikroskopi erbjuder överlägsen upplösning men kan bara ge en enda, statisk ögonblicksbild av ett amyloidprov.

"Att avbilda amyloiddynamik under längre tider är avgörande om vi vill förstå hur ett läkemedel påverkar amyloidaggregation eller hur det tar isär en amyloidfiber, sa Bieschke.

För att ta itu med dessa problem, teamet vände sig till den sedan länge etablerade fluoroforen, ThT, som undviker att modifiera amyloid genom att inte binda kovalent till den i första hand. Istället, varje ThT-molekyl fluorescerar i cirka 15 millisekunder medan den är i kontakt med amyloid.

Resultatet, Lew sa, är att ThT:s roll i avbildning skiftar från en enkel fluorofor till en molekylär sensor för amyloid.

"Det här är bokstavligen att använda en en till två nanometer molekyl som en sensor, " sa han. "Jag tror att det här konceptet har stor potential att generaliseras för biomedicinska och kemiska avbildningstillämpningar."

Avbildningen lät teamet se hur Aβ42-fibriller ombildades och löstes upp med introduktionen av epi-gallokatechingallat, en modell anti-aggregation drog Bieschke och kollegor upptäckt.

"De flesta tekniker för fluorescensmikroskopi, speciellt när man siktar på nanometerupplösning, kräver noggrann finjustering av reagenser och förhållanden, " Bieschke sade. "Vårt tillvägagångssätt tog bort mycket av den komplexiteten. På samma gång, det kan kombineras med traditionella antikroppsbaserade metoder för multiplexerad bildbehandling."

Bieschke hoppas kunna förbättra tekniken för att kunna se hur amyloidstrukturer sprids vid Alzheimers och relaterade sjukdomar. Lew sa att han ser många framtida användningsområden för att använda molekyler som ThT som molekylära sensorer, allt från forskning inom Parkinsons sjukdom till diabetes till materialvetenskap.