นักวิจัยได้แสดงให้เห็นว่าการรวมตัวของ amyloid-beta ซึ่งเป็นหนึ่งในสองโปรตีนหลักที่เกี่ยวข้องกับโรคอัลไซเมอร์ ทำให้เซลล์ร้อนจัดและ ‘ทอดเหมือนไข่’
นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ใช้เซ็นเซอร์ที่มีขนาดเล็กและไวพอที่จะตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิภายในเซลล์แต่ละเซลล์ และพบว่าเมื่ออะไมลอยด์-เบตาคลี่คลายและจับตัวเป็นก้อน จะทำให้เซลล์ร้อนมากเกินไป
ในการทดลองโดยใช้สายเซลล์ของมนุษย์ นักวิจัยพบว่าความร้อนที่ปล่อยออกมาจากการรวมตัวของ amyloid-beta อาจทำให้เกิดการรวมตัวของ amyloid-beta อื่น ๆ ที่มีสุขภาพดีทำให้เกิดการรวมตัวมากขึ้น
ในชุดการทดลองเดียวกัน นักวิจัยยังแสดงให้เห็นว่าสามารถหยุดการรวมตัวของ amyloid-beta และอุณหภูมิของเซลล์ลดลงด้วยการเพิ่มสารประกอบยา การทดลองยังชี้ให้เห็นว่าสารประกอบนี้มีศักยภาพในการรักษาโรคอัลไซเมอร์ แม้ว่าจะต้องมีการทดสอบอย่างละเอียดและการทดลองทางคลินิกก่อน
นักวิจัยกล่าวว่า การทดสอบนี้สามารถใช้เป็นเครื่องมือในการวินิจฉัยโรคอัลไซเมอร์ หรือเพื่อตรวจคัดกรองผู้ที่อาจใช้ยาได้ รายงาน ผลการวิจัยใน วารสาร American Chemical Society
โรคอัลไซเมอร์ส่งผลกระทบต่อผู้คนประมาณ 44 ล้านคนทั่วโลก และขณะนี้ยังไม่มีการวินิจฉัยหรือการรักษาที่มีประสิทธิภาพ ในโรคอัลไซเมอร์ อะไมลอยด์-เบต้าและโปรตีนอื่นที่เรียกว่าเทาจะก่อตัวเป็นเส้นพันกันและคราบจุลินทรีย์ ซึ่งเรียกรวมกันว่ามวลรวม ทำให้เซลล์สมองตายและสมองหดตัว ส่งผลให้สูญเสียความทรงจำ บุคลิกภาพเปลี่ยนแปลง และมีปัญหาในการทำงานประจำวัน
เป็นโรคที่ศึกษาได้ยาก เนื่องจากมีการพัฒนามานานกว่าทศวรรษ และการวินิจฉัยขั้นสุดท้ายสามารถทำได้หลังจากตรวจตัวอย่างเนื้อเยื่อสมองหลังความตายเท่านั้น ยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัดว่าการเปลี่ยนแปลงทางชีวเคมีแบบใดภายในเซลล์ทำให้เกิดการรวมตัวของอะไมลอยด์-เบตา
ใน กลุ่มวิจัยของศาสตราจารย์ Gabriele Kaminski Schierle ที่ Department of Chemical Engineering and Biotechnology ของ Cambridge พวกเขาได้ตรวจสอบความเชื่อมโยงที่เป็นไปได้ระหว่างอุณหภูมิและการรวมตัวของ amyloid-beta ในเซลล์ของมนุษย์
สาขาการศึกษาการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิภายในเซลล์เรียกว่าเทอร์โมเจเนซิสภายในเซลล์ เป็นสาขาใหม่และท้าทาย: นักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนาเซ็นเซอร์ซึ่งสามารถวัดการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิได้ อย่างไรก็ตาม ยังไม่มีใครเคยลองใช้เซ็นเซอร์เหล่านี้เพื่อศึกษาสภาวะต่างๆ เช่น โรคอัลไซเมอร์
“Thermogenesis เกี่ยวข้องกับความเครียดของเซลล์ ซึ่งอาจส่งเสริมการรวมกลุ่มเพิ่มเติม” Chyi Wei Chung ผู้เขียนคนแรกของการศึกษากล่าว “เราเชื่อว่าเมื่อมีความไม่สมดุลในเซลล์ เช่น เมื่อความเข้มข้นของ amyloid-beta สูงเกินไปเล็กน้อยและเริ่มสะสม อุณหภูมิของเซลล์จะเพิ่มขึ้น”
“การทำให้เซลล์ร้อนเกินไปก็เหมือนกับการทอดไข่ – เมื่อมันร้อนขึ้น โปรตีนก็เริ่มจับตัวเป็นก้อนและไม่สามารถทำงานได้” Kaminski Schierle หัวหน้าทีมวิจัยกล่าว
นักวิจัยได้ใช้เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิขนาดเล็กที่เรียกว่าเครื่องวัดอุณหภูมิแบบโพลีเมอร์เรืองแสง (FTP) เพื่อศึกษาความเชื่อมโยงระหว่างการรวมตัวกับอุณหภูมิ พวกเขาเพิ่ม amyloid-beta ลงในเซลล์ของมนุษย์เพื่อเริ่มต้นกระบวนการรวมกลุ่มและใช้สารเคมีที่เรียกว่า FCCP เป็นตัวควบคุม เนื่องจากเป็นที่ทราบกันว่าทำให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้น
พวกเขาพบว่าเมื่ออะไมลอยด์-เบตาเริ่มก่อตัวเป็นมวลรวมคล้ายเกลียวที่เรียกว่าไฟบริล อุณหภูมิเฉลี่ยของเซลล์ก็เริ่มสูงขึ้น อุณหภูมิของเซลล์เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับเซลล์ที่ไม่มีการเติม amyloid-beta
“เมื่อเส้นใยเริ่มยืดออก พวกมันจะปล่อยพลังงานออกมาในรูปของความร้อน” Kaminski Schierle กล่าว “การรวมตัวของ Amyloid-beta ต้องใช้พลังงานค่อนข้างมากในการเริ่มต้น แต่เมื่อกระบวนการรวมกลุ่มเริ่มต้นขึ้น มันจะเร่งความเร็วและปล่อยความร้อนมากขึ้น ทำให้เกิดการรวมตัวมากขึ้น”
“เมื่อมวลรวมก่อตัวขึ้นแล้ว พวกมันสามารถออกจากเซลล์และถูกเซลล์ข้างเคียงดูดเข้าไป ทำให้เกิดการติดเชื้อ amyloid-beta ที่แข็งแรงในเซลล์เหล่านั้น” Chung กล่าว “ไม่มีใครแสดงให้เห็นความเชื่อมโยงระหว่างอุณหภูมิและการรวมตัวในเซลล์ที่มีชีวิตมาก่อน”
การใช้ยาที่ยับยั้งการรวมตัวของ amyloid-beta นักวิจัยสามารถระบุ fibrils เป็นสาเหตุของ thermogenesis ก่อนหน้านี้ไม่ทราบว่าการรวมตัวของโปรตีนหรือความเสียหายที่อาจเกิดขึ้นกับไมโตคอนเดรีย – ‘แบตเตอรี่’ ที่เซลล์พลังงานนั้นเป็นสาเหตุของปรากฏการณ์นี้หรือไม่
นักวิจัยยังพบว่าอุณหภูมิของเซลล์ที่เพิ่มขึ้นสามารถบรรเทาได้ด้วยการบำบัดด้วยสารยับยั้งการรวมกลุ่ม โดยเน้นถึงศักยภาพในการรักษาโรคอัลไซเมอร์
การทดลองในห้องปฏิบัติการได้รับการเสริมด้วยการสร้างแบบจำลองทางคอมพิวเตอร์ที่อธิบายสิ่งที่อาจเกิดขึ้นกับอะไมลอยด์-เบตาในสภาพแวดล้อมภายในเซลล์ และเหตุใดจึงอาจทำให้อุณหภูมิภายในเซลล์เพิ่มขึ้น นักวิจัยหวังว่างานของพวกเขาจะกระตุ้นการศึกษาใหม่ ๆ ที่รวมเอาพารามิเตอร์ที่แตกต่างกันของความเกี่ยวข้องทางสรีรวิทยา
งานวิจัยบางส่วนได้รับการสนับสนุนโดย Alzheimer’s Research UK, Cambridge Trust, Wellcome และ Medical Research Council ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของ UK Research and Innovation (UKRI)
อ้างอิง:
Chyi Wei Chung et al. ‘ฉัน การรวมตัวของ ntracellular Aβ42 นำไปสู่การสร้างอุณหภูมิของเซลล์ ‘ วารสารสมาคมเคมีอเมริกัน (2022). ดอย: 10.1021/jacs.2c03599
