De ljusröda fläckarna i denna konfokala mikroskopi -bild är kluster av ORMOSIL -partiklar i axoner av fruktflugneuroner. Foto med tillstånd av Shermali Gunawardena och PLoS One.
(PhysOrg.com) - På bilderna av fruktflugor, kluster av neuroner lyser alla upp, bildar ett starkt glödande nätverk av motorvägar i hjärnan.
Det är precis vad University of Buffalo -forskaren Shermali Gunawardena hoppades få se:Det innebar att ORMOSIL, en ny klass av nanopartiklar, hade framgångsrikt trängt igenom insekternas hjärnor. Och även efter långvarig exponering, cellerna och flugorna själva förblev oskadade.
Partiklarna, som är märkta med fluorescerande proteiner, hålla löfte som ett potentiellt fordon för läkemedelsleverans.
Varje partikel är ett kärl, innehållande hålrum som forskare potentiellt kan fylla med användbara kemiska föreningar eller genterapier för att skicka till olika delar av människokroppen. Gunawardena är särskilt intresserad av att använda ORMOSIL - organiskt modifierad kiseldioxid - för att rikta problem inom neuroner som kan vara relaterade till neurodegenerativa störningar inklusive Alzheimers sjukdom.
Den senaste studien om fruktflugor är ett steg mot att få detta att hända, visar att långvarig exponering för ORMOSIL, genom andning och matning, skadade inte djuren.
Forskningen dök upp i tidningen PLoS ONE den 3 januari.
En neuron i primära neuronala kulturer som genereras från en fruktflugans hjärna lyser med ORMOSIL, en nanopartikel som har potential att leverera läkemedel till hjärnan. Foto med tillstånd av Shermali Gunawardena och PLoS One.
"Vi såg att efter att ha matat dessa nanopartiklar i fruktfluglarverna, ORMOSIL gick huvudsakligen in i tarmen och huden. Men med tiden, hos vuxna flugor, man kunde se det i hjärnan. Dessa resultat är verkligen fascinerande eftersom dessa partiklar inte uppvisar några toxiska effekter på hela organismen eller neuroncellerna, "sa Gunawardena, en biträdande professor i biologiska vetenskaper och en forskare vid UB:s Institute for Lasers, Fotonik och biofotonik.
ORMOSIL -partiklarna hon undersöker är en unik sort skapad av en forskargrupp som leds av Paras N.Prasad, UB -institutets verkställande direktör. Varje partikel innehåller hålrum som kan hålla droger, som kan frigöras när partiklarna utsätts för ljus.
Förutom Gunawardena och Prasad, medförfattare till studien inkluderar Farda Barandeh, Phuong-Lan Nguyen, Rajiv Kumar, Gary J.Iacobucci, Michelle L. Kuznicki, Andrew Kosterman och Earl J. Bergey, allt från UB.
Gunawardena är expert på axonal transport. Detta innebär rörelse av motorproteiner längs neurons trådliknande axon. Dessa molekylära motorer, kallas kinesiner och dyneiner, bära "last" inklusive vitala proteiner till och från synapsen och cellkroppen hos neuroner.
Film 1:Förflyttning av APP-YFP inom en enda larvaxon
Film 2:Förflyttning av APP-YFP störs av uttryck av patogena polyQ-proteiner i en enda larvaxon. (Klicka på Förstora)
I detta neuronala motorvägssystem, ett problem som kan uppstå är en axonal blockering, som liknar en trafikstockning i neuroner. Proteiner samlas i en klump längs axonen.
Forskare vet inte om dessa hinder bidrar till sjukdomar som Alzheimers eller Parkinsons sjukdomar, som kännetecknas av ovanliga ansamlingar av proteiner som kallas amyloider och Lewy-kroppar.
Men amyloidprekursorproteinet som är involverat i Alzheimers sjukdom har visat sig ha en roll i axonal transport, och om axonala hinder visar sig vara en tidig indikator på neurodegeneration som ses vid Alzheimers sjukdom, eliminering av blockeringar kan hjälpa till att förhindra eller fördröja sjukdomsdebut.
Det är där ORMOSIL kommer in:Gunawardena hoppas kunna använda dessa nanopartiklar för att rikta läkemedel mot proteinstopp längs axoner, bryta upp ackumuleringarna.
Framgång, om möjligt, är fortfarande långt kvar. Men den potentiella nyttan är stor. Gunawardena kallar forskningen för en "högrisk, hög belöning "strävan.
Nästa steg är för hennes team att se om de kan hitta ett sätt att tvinga ORMOSIL att låsa fast på motorproteiner. (Nanopartiklarna, själva, rör dig inte längs axoner.)
