La ricerca di risposte al morbo di Alzheimer e ad altri disturbi neurodegenerativi rimane uno degli obiettivi più urgenti nella ricerca sul cervello. Maciej J. Stawikowski, Ph.D., Professore associato di chimica e biochimica presso il Charles E. Schmidt College of Science della Florida Atlantic University, ritiene che la chiave possa risiedere nella comprensione del modo in cui il colesterolo e altri lipidi si muovono attraverso le cellule e influenzano la loro comunicazione.
“È risaputo che i lipidi e l’Alzheimer sono collegati“, ha affermato Stawikowski, membro del FAU Stiles-Nicholson Brain Institute. “Lo squilibrio lipidico può portare alla formazione di placche amiloidi, ammassi proteici di grandi dimensioni che interrompono la funzione cellulare, un segno distintivo dell’Alzheimer“.
Il suo team, di cui fa parte anche Qi Zhang, Ph.D., Professore associato presso il Dipartimento di Chimica e Biochimica della FAU e membro dello Stiles-Nicholson Brain Institute della FAU, si è concentrato sullo sviluppo di strumenti avanzati per studiare la relazione tra lipidi e funzione cellulare.
Il colesterolo è un componente cruciale delle membrane cellulari, che consente la produzione di ormoni, la stabilità della membrana e la segnalazione. Tuttavia, le interruzioni nel movimento del colesterolo tra i compartimenti cellulari possono svolgere un ruolo nell’Alzheimer e in altre malattie neurodegenerative. Per studiarlo, Stawikowski e il suo team hanno sviluppato nuove sonde fluorescenti per il colesterolo (CND) progettate per tracciare il colesterolo all’interno delle membrane cellulari.
Un nuovo studio, pubblicato su Scientific Reports, dimostra come le sonde CND possano aiutare a visualizzare il colesterolo nelle cellule vive. Combinando simulazioni al computer con imaging di cellule vive, i ricercatori hanno scoperto come diversi design delle sonde influenzano il comportamento delle sonde del colesterolo.
Queste sonde innovative potrebbero migliorare la nostra comprensione di come gli squilibri del colesterolo contribuiscano al morbo di Alzheimer e ad altri disturbi neurodegenerativi. Comprendendo il ruolo del colesterolo nella formazione della placca amiloide e nella segnalazione cellulare, i ricercatori potrebbero sviluppare farmaci per modulare l’attività lipidica, portando potenzialmente a nuovi trattamenti o strategie preventive.
“Grazie a queste sonde, ora possiamo visualizzare il movimento e la distribuzione del colesterolo nelle cellule vive con un dettaglio senza precedenti”, ha affermato Stawikowski, autore principale dello studio.
Le sonde CND sono progettate utilizzando uno scaffold di 1,8-naftalimmide (ND), rinomato per le sue proprietà di fluorescenza uniche, tra cui grandi spostamenti di Stokes e sensibilità ai cambiamenti ambientali. Questo nuovo design consente una personalizzazione modulare, consentendo ai ricercatori di adattare le sonde con diversi gruppi di testa e linker per soddisfare requisiti sperimentali specifici. I risultati mostrano che la modifica dei gruppi di testa o dei linker potrebbe migliorare la sensibilità e la capacità di target delle sonde.
Queste sonde sono classificate in tre tipi distinti. Le sonde neutre tendono ad aggregarsi facilmente, ma il loro assorbimento cellulare è limitato. Le sonde cariche, d’altro canto, dimostrano una migliore solubilità e una migliore interazione con le membrane cellulari. Le sonde contenenti gruppi idrossilici migliorano ulteriormente il legame idrogeno e le interazioni lipidiche, rendendole particolarmente efficaci per studiare il comportamento delle membrane.
Inoltre, alcune varianti delle sonde CND sono sensibili al pH, consentendo ai ricercatori di tracciare il movimento del colesterolo in organelli con acidità variabile, come lisosomi e goccioline lipidiche. Rispetto alle sonde tradizionali per il colesterolo, questi strumenti offrono proprietà di fluorescenza superiori e un tracciamento più accurato delle dinamiche del colesterolo, fornendo approfondimenti più approfonditi sui processi cellulari.
“Il colesterolo è essenziale per la funzione cerebrale, ma la sua disregolazione potrebbe essere un fattore chiave nella progressione della malattia”, ha affermato Stawikowski. “I nostri nuovi strumenti offrono una finestra su come il colesterolo influisce sui processi cellulari e possono aiutare a identificare obiettivi terapeutici per condizioni come l’Alzheimer”.
Le sonde fluorescenti del colesterolo del team di ricerca offrono applicazioni che vanno oltre l’Alzheimer, con potenziali utilizzi nella biologia delle membrane, nella dinamica dei lipidi e nella somministrazione di farmaci. Combinando tecniche sperimentali con simulazioni al computer, il team della FAU ha gettato le basi per sviluppare sonde fluorescenti del colesterolo migliori che possono essere utilizzate per studiare un’ampia gamma di disturbi correlati ai lipidi.
Queste sonde sono strumenti versatili che possono essere adattati a diverse esigenze di ricerca, segnando un importante passo avanti nella comprensione del ruolo del colesterolo nella salute e nelle malattie cellulari.
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I coautori dello studio sono Zhang; Vicente Rubio, Ph.D.; Nicholas McInchak; Genesi Fernandez; Dana Benavides; Diana Herrera; e Catherine Jimenez; tutti i laureati della FAU; e Haylee Mesa, una studentessa di dottorato, FAU Stiles-Nicholson Brain Institute; e Jonathan Meade, laureato alla FAU e tecnico di laboratorio.
Fonte:Scientific Reports