Dessa är fluorescensbilder av lipiddomäner i modell (laboratorierekonstituerade) myelinmonoskikt som visar samexistens av vätskeordnade (mörka) och vätskestörda (pseudofärgade) faser. Beroende på förhållandena (t.ex. vätskestörda (pseudofärgade) faser. Beroende på förhållandena (t.ex. lipidkomposition, yttryck, temperatur), lipiddomänerna kan existera i olika former, inklusive randig (vänster) och cirkulär (höger). Kredit:Bilder med tillstånd av Younjin Min, Massachusetts Institute of Technology
Laboratoriestudier av kemiingenjörer vid UC Santa Barbara kan leda till nya experimentella metoder för tidig upptäckt och diagnos - och till möjliga behandlingar - för patologiska vävnader som är prekursorer till multipel skleros och liknande sjukdomar.
Att uppnå en ny metod för nanoskopisk avbildning, forskargruppen studerade myelinskidan, membranet som omger nerver som är komprometterat hos patienter med multipel skleros (MS). Studien publiceras i veckans onlineupplaga av Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS ).
"Myelinmembran är en klass av biologiska membran som bara är två molekyler tjocka, mindre än en miljondels millimeter, sade Jacob Israelachvili, en av seniorförfattarna och professorn i kemiteknik och material vid UCSB. "Membranen sveper sig runt nervaxonerna för att bilda myelinskidan."
Han förklarade att hur olika delar av det centrala nervsystemet, inklusive hjärnan, kommunicera med varandra i hela kroppen sker via överföring av elektriska impulser, eller signaler, längs de fibrösa myelinslidorna. Mantlarna fungerar som elkablar eller överföringsledningar.
"Defekter i den molekylära eller strukturella organisationen av myelinmembran leder till minskad transmissionseffektivitet, ", sa Israelachvilli. "Detta resulterar i olika sensoriska och motoriska störningar eller funktionshinder, och neurologiska sjukdomar som multipel skleros."
På mikroskopisk nivå och makroskopisk nivå, som är synligt för ögat, MS kännetecknas av uppkomsten av lesioner eller vakuoler i myelinet, och resulterar så småningom i en fullständig sönderdelning av myelinskidan. Denna progressiva sönderfall kallas demyelinisering.
Det visas en illustration av en neuron, som är den grundläggande funktionella enheten i nervsystemet. Förstorad del indikerar myelinskidan som är ett multilamellärt membran som omger neuronernas axon. Kredit:Dottie McLaren
Forskarna fokuserade på vad som händer på molekylär nivå, brukar kallas den nanoskopiska nivån. Detta kräver mycket känsliga visualiserings- och karaktäriseringstekniker.
Artikeln beskriver fluorescensavbildning och andra mätningar av domäner, som är små heterogena kluster av lipidmolekyler –– huvudbeståndsdelarna i myelinmembran –– som sannolikt är ansvariga för bildandet av lesioner. De gjorde detta med hjälp av modellmolekylära lager i kompositioner som efterliknar både friska och sjuka myelinmembran.
De observerade skillnader i utseende, storlek, och känslighet för tryck, av domäner i de friska och sjuka monoskikten. Nästa, de utvecklade en teoretisk modell, när det gäller vissa molekylära egenskaper, som tycks stå kvantitativt för deras observationer.
"Upptäckten och karakteriseringen av mikronstora domäner som är olika i friska och sjuka lipidsammansättningar har viktiga konsekvenser för hur dessa membran interagerar med varandra, ", sa Israelachvili. "Och detta leder till ny förståelse av demyelinisering på molekylär nivå."
Fynden banar väg för nya experimentella metoder för tidig upptäckt, diagnos, iscensättning, och eventuell behandling av patologiska vävnader som är prekursorer till MS och andra membranrelaterade sjukdomar, enligt författarna.
