Автор AZoNano 14 июня 2021 года

Впервые международная исследовательская группа, возглавляемая Соединенным Королевством, выявила элементарное металлическое железо и медь в человеческом мозге .

Команда, в которую вошли исследователи из Кильского университета и Университета Уорика, совместно с Техасским университетом в Сан-Антонио (UTSA), использовала национальный синхротронный источник света Diamond Light в Великобритании и Advanced Light Source, базирующийся в Калифорнии. , США, чтобы идентифицировать магнитное элементное железо и элементарную металлическую медь внутри амилоидных бляшек. Эти бляшки представляют собой химические формы железа и меди, которые ранее не были зарегистрированы в биологии человека.

В статье «Биогенные металлические элементы в человеческом мозге?» опубликовано в журнале Science Advances команда исследовала амилоидные бляшки, выделенные из ткани мозга умерших пациентов с болезнью Альцгеймера. Исследование финансировалось Исследовательским советом UKRI по инженерным и физическим наукам.

Амилоидные бляшки являются отличительной чертой болезни Альцгеймера и служат местом нарушения химического состава металлов в мозгу пациентов с болезнью Альцгеймера. Многие ученые считают, что эти бляшки являются неотъемлемой частью прогрессирования болезни Альцгеймера.

Используя передовой синхротронный метод в Diamond Light Source, известный как рентгеновская спектромикроскопия, исследователи обнаружили наноразмерные отложения металлов (примерно 1/10000 ^th размера булавочной головки) в посмертном мозге. ткань, пожертвованная пациентами с болезнью Альцгеймера.

Синхротроны – это, по сути, разновидность ускорителей частиц, которые используют силу электронов для генерирования ярких рентгеновских лучей, которые можно использовать для исследования чего угодно, от вакцин до окаменелостей с превосходной пространственной и химической чувствительностью.

Как правило, поверхности металлического железа и меди чрезвычайно нестабильны и легко реагируют с кислородом из окружающей среды с образованием оксидов и других соединений. Химические соединения железа и меди являются одними из нескольких металлов, которые естественным образом встречаются в организме и имеют решающее значение для благополучия мозга.

Но когда в биохимии тела происходят ошибки, такие металлы также могут повредить мозг. Дисбаланс металла может быть связан с развитием различных нейродегенеративных расстройств, вызывающих деменцию, таких как болезни Паркинсона и Альцгеймера, от которых страдают миллионы людей во всем мире.

Обнаружение ранее недокументированных отложений металлического железа и меди в тканях человеческого мозга позволяет предположить, что металлические элементы, которые ранее встречались только в растениях, вирусах и микробах, также могут проявляться у людей.

Такие металлические формы меди и железа имеют явно отличные магнитные и химические свойства от их оксидных форм, где они в основном сохраняются в тканях. Функция предсказанных высокореактивных поверхностей наноразмерных отложений железа и меди в патологических или естественных процессах еще предстоит увидеть. Таким образом, результаты исследователей могут помочь лучше понять роль металлов в нормальной нейробиологии и нейрохимии, а также в нейродегенеративных заболеваниях.

Это захватывающее и неожиданное открытие стало возможным благодаря чувствительности и точности синхротронных методов, которые мы использовали для изучения этих образцов человеческого мозга. Мы знаем, что определенные живые системы могут производить элементарные формы металлов, поэтому будет важно выяснить, возникают ли они из эквивалентных, но ранее не обнаруженных путей у человека, или металлические формы возникают как прямое следствие болезни .

Джоанна Коллингвуд, соавтор исследования и профессор, руководитель лаборатории следовых металлов в медицине Уорикского университета

Об этом заявил профессор Питер Сэдлер, медицинский химик, соавтор исследования из Уорикского университета, также специализирующийся на исследованиях металлов в медицине. « Около 10 природных металлов играют роль в мозге. Изучение их наноразмеров (их атомно-химических форм) в интактных тканях представляет собой серьезную проблему. Наши результаты показывают, что синхротронная рентгеновская спектромикроскопия может выявить совершенно новую картину нейрохимии металлов, которая в конечном итоге может привести к новому пониманию того, как работает мозг, и новым методам лечения неврологических состояний »

.

Если магнитные металлы, идентифицированные в ходе этого исследования, будут связаны с развитием болезни Альцгеймера, они могут быть использованы в качестве маркеров для диагностики заболеваний с использованием таких методов, как магнитно-резонансная томография (МРТ), что позволяет проводить доклинический скрининг болезни. когорт группы риска .

Доктор Джеймс Эверетт, почетный член Уорикского университета.

Доктор Эверетт также является ведущим автором исследования из Кильского университета.

Этот прорыв обеспечивает многообещающее изменение в понимании того, как металлические элементы, имеющие решающее значение для здоровья человека, также могут играть важную роль в нейродегенеративных заболеваниях. Это может помочь информировать о предстоящем использовании методов лечения, разработанных для восстановления баланса металлов при различных заболеваниях, когда повреждение клеток мозга возникает в результате нарушения регуляции.

Однако остаются замечательные вопросы относительно происхождения металлических металлов мозга, например, связаны ли они с амилоидными бляшками или более широко распределены по мозгу.

Исследователи надеются, что последние результаты приведут к новым и интересным исследованиям роли биохимии металлов в человеческом мозге, в то время как передовые методы, которые используются, могут быть адаптированы для исследования ряда биологических систем и проблем.

Ссылка на журнал:

Everett, J., и др. . (2021) Биогенные металлические элементы в мозге человека? Достижения науки . doi.org/10.1126/sciadv.abf6707.

Источник: https://warwick.ac.uk/[19459008visible