Figur 1. Schema för identifiering av demenskvot (DQ) index. Monomeren, oligomer och fibrillära former av Aβ-proteinet särskiljs med hjälp av THz-närfältskonduktansmätningar. Oberoende av proteinkoncentrationen, DQ-indexet går från noll till ett:nästan noll är ett monomertillstånd, ett värde på 0,64 indikerar närvaron av oligomerer, och en motsvarar det mer avancerade fibriltillståndet. Kredit:Institutet för grundvetenskap
Fysiker vid Center for Integrated Nanostructure Physics (CINAP), inom Institutet för grundvetenskap (IBS, Sydkorea), har rapporterat en ny metod för att identifiera aggregeringstillståndet för amyloid beta (Aβ) proteiner i lösning. Publicerad i ACS Nano , detta fynd kan representera ett steg framåt i den tidiga diagnosen av Alzheimers sjukdom.
Den gradvisa ackumuleringen av Aβ i hjärnan leder till obotlig demens. Sjukdomsprogressionen är starkt korrelerad med formen av Aβ-proteinerna:monomerer i storleken 4 nm utvecklas till oligomerer på flera hundra nanometer och når fibrillärtillståndet och bildar plack på upp till några tiotals mikrometer stora.
Forskarna urskiljde tydligt de olika Aβ-stegen med hjälp av THz-närfältskonduktansmätningar. Denna teknik mäter energin som absorberas av molekyler vid ett energiband på cirka 1-10 meV (eller 0,2-2,4 THz), och det anses vara en effektiv teknik för att undersöka omvandlingen av biologiska makromolekyler utan att generera värme. Forskarna mätte hur Aβ-proteiner i lösningen störs av infallande THz-strålning och märkte att resultaten var korrelerade med formen av Aβ-proteinerna:monomer, oligomer och fibril. Sedan, de härledde den optiska konduktansen, som minskar med de utvecklande fibrilleringstillstånden och ökar med de stigande molarkoncentrationerna.
Figur 2. Experimentell uppställning. (a) Prover av Aβ-proteiner i monomer (M), oligomer (O) och fibrill (F) form analyseras inuti små brunnar inklämda av safirplattor. Med en liten mängd prov, det var möjligt att upptäcka THz-signaler utan brus. (b) Lösningsbaserad provberedning för THz-närfälts-tidsdomänspektroskopisystemet. Kredit:Institutet för grundvetenskap
Eftersom de progressiva stadierna av sjukdomen kan differentieras helt enkelt med denna teknik, teamet härledde en demenskvot (DQ) från den optiska konduktansen, med den så kallade Drude−Smith-modellen. Ett DQ-värde på runt ett indikerar att Aβ är i ett fibriltillstånd, runt 0,64 ett oligomert tillstånd, och nästan noll är i ett monomert tillstånd.
"Vi tror att vårt resultat ger oss ett betydande paradigmskifte inom forskningen om Alzheimers sjukdom, eftersom demenskvoten är tydligt identifierad från den märkningsfria konduktansmätningen av olika Aβ-proteinstrukturtillstånd, " säger Chaejeong Heo, en av de ledande författarna till denna studie. CINAP direktör, Young Hee Lee tillägger "Detta index kan vara användbart för tidig upptäckt av toxisk Aβ-proteinaggregation och fibrillering som observerats vid Alzheimers sjukdom."
