萨凡纳·米切姆，阿尔贡国家实验室 在存在β-淀粉样蛋白纳米器件(比例尺:200纳米)的情况下，β-淀粉样蛋白肽样品的透射电子显微镜图像
图像中缺少颗粒表明纳米装置在捕获肽方面的有效性
荣誉:阿尔贡纳米材料中心 阿尔茨海默病是美国第六大死亡原因，每10名65岁以上的人中就有一人患病
科学家们正在设计纳米设备来破坏大脑中导致疾病的过程
受阿尔茨海默病影响的人有一种特殊类型的斑块，由称为β-淀粉样蛋白(Aβ)肽的自组装分子组成，随着时间的推移在大脑中积累。
这种积聚被认为是导致神经连接性丧失和细胞死亡的原因
研究人员正在研究防止肽形成这些危险斑块的方法，以阻止阿尔茨海默病在大脑中的发展
在一项多学科研究中，美国大学的科学家
S
能源部阿贡国家实验室与韩国科学技术研究所和韩国高级科学技术研究所的合作者一起，开发了一种方法，通过设计一种纳米尺寸的装置来防止斑块的形成，该装置可以在危险肽自我组装之前捕获它们
“β-淀粉样肽是由淀粉样前体蛋白分解产生的，淀粉样前体蛋白是脑细胞的正常成分，”阿尔贡生物科学部门的分子生物学家罗斯玛丽·威尔顿说
“在健康的大脑中，这些被丢弃的肽被消除了
" 然而，在易患阿尔茨海默氏症的大脑中，大脑并没有消除这些肽，让它们聚集成破坏性的斑块
“我们的想法是，最终，我们的纳米设备的浆液可以在肽从细胞中脱落时收集它们——在它们有机会聚集之前，”艾琳娜·罗什科娃补充道，她是美国能源部科学办公室用户设施阿贡纳米材料中心(CNM)的科学家
装饰表面 研究人员在新的纳米设备表面覆盖了抗体片段——一种蛋白质——它可以识别并结合Aβ肽。
纳米装置的表面是球形和多孔的，其凹坑最大化了抗体覆盖的可用表面积
更大的表面积意味着更大的捕获粘性肽的能力
为了找到最佳涂层，科学家们首先搜索了以前的文献，以确定对β-淀粉样肽具有高亲和力的抗体
重要的是选择一种能吸引肽但不与大脑中其他分子结合的抗体
然后，由威尔顿领导的团队在细菌中产生抗体，并测试它们的性能
一个完整的抗体分子可以长达几十纳米，这在纳米技术领域是很大的
然而，只有一小部分抗体参与吸引肽
为了最大限度地提高纳米设备的效率和容量，威尔顿的团队制作了微小的抗体片段来装饰纳米设备的表面
纳米器件的工程设计和测试 CNM的科学家们用二氧化硅构建了多孔球形纳米器件的基础，这种材料由于其合成的灵活性和在体内的无毒性而长期用于生物医学应用
涂有抗体片段的纳米装置以高选择性和高强度捕获和捕获Aβ肽
“许多预防阿尔茨海默氏症的尝试都集中在抑制酶从细胞表面切割β-淀粉样肽，”CNM项目负责人罗兹科娃说
“我们的淘汰方法更直接
我们已经从纳米技术和生物学中获得了构建模块，来设计一个高容量的“笼子”，来捕获肽并将其从大脑中清除
" 在CNM，科学家们通过比较在没有和有纳米设备的情况下肽的行为来测试设备的有效性
使用体外透射电子显微镜，他们观察到在纳米装置的存在下，肽聚集显著下降
他们使用共焦激光扫描显微镜和微尺度热泳测量进一步分析了相互作用，这是另外两种表征纳米尺度相互作用的技术
科学家们还进行了小角x光散射，以研究合成过程中使纳米器件多孔的过程
研究人员在阿贡的x光科学部门的组长李炳杜的领导下，在实验室的高级光子源(美国能源部科学办公室的一个用户设施)的束线12-ID-B处进行了x光表征
这些研究支持了这样的观点，即与没有抗体片段的对照二氧化硅颗粒相比，纳米装置将肽从聚集途径中隔离了90%以上
然而，这些装置仍然需要在细胞和大脑中证明它们的有效性和安全性
joonseok Lee——最初作为主任的博士后指定人在阿尔贡提出了这个实验，并开创了纳米设备的设计——继续在科学技术研究所和日本科学技术研究所研究这种设备的治疗潜力
“主任的博士后职位是阿尔贡提供的一个难得的机会，它允许独特的研究项目和跨领域的合作，否则是不可能的，”罗兹科娃说
“我们实验室里有着不可思议的头脑，他们想要探索不属于预定研究领域的课题，这个项目鼓励这种创造力和创新
" 李和他的合作者进行的体内实验——在活细胞中进行的实验——表明纳米器件对细胞无毒
他们还在阿尔茨海默氏症小鼠的大脑中测试了这些装置的有效性，证明与对照大脑相比，含有纳米装置的大脑中的斑块形成被抑制了约30%
这项关于老鼠的研究是在韩国科学技术研究院和韩国科学技术研究院进行的，得到了政府的适当批准
这项研究结合了抗体工程和纳米技术的优势，美国能源部在阿尔贡的两个用户设施的力量，以及实验室博士后项目的创新合作，探索预防阿尔茨海默氏症的技术方法
使用类似的方法，科学家也可以将二氧化硅纳米粒子与不同的抗体配对，这些抗体针对与其他神经退行性疾病相关的分子，如亨廷顿氏病和帕金森氏病，这些疾病也涉及异常的蛋白质聚集
多孔纳米粒子可以进一步升级以用于成像应用，包括荧光成像和磁共振成像
一篇关于这项研究的论文，题为“二氧化硅纳米沉积剂:靶向和清除阿尔茨海默氏症β-淀粉样斑块”，发表在4月份的《高级功能材料》杂志上，并出现在封面上
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
