Исследователи из СПбГУ опровергли британских ученых
Ученые из Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ) опровергли выдвинутый оксфордскими коллегами тезис о «диффузионном фильтре» и фактически создали новую теорию диффузионного эксперимента ядерного магнитного резонанса (ЯМР), что в будущем может помочь найти лечение от деменции.
Новая теорию диффузионных экспериментов ядерного магнитного резонанса создана исследователями Санкт-Петербургского государственного университета для изучения амилоидных фибрилл — ключевых факторов, провоцирующих различные формы деменции, включая болезнь Альцгеймера.
Болезнь Альцгеймера — это распространенное нейродегенеративное заболевание, при котором происходит постепенная гибель нейронов и, как следствие, возникает деменция. Точный механизм и причины развития расстройства пока не открыты, но известно, что в мозге больных происходит образование амилоидных бляшек. Бляшки состоят из амилоидных фибрилл — особых нитевидных образований, формируемых амилоидными белками.
По словам Николая Скрынникова, одного из авторов статьи, заведующего лабораторией биомолекулярного ЯМР (био-ЯМР) СПбГУ, детальное изучение процесса амилоидогенеза (нарушения белкового обмена) связано с рядом препятствий. В частности потому, что в тканях мозга амилоидные фибриллы сосуществуют с другими структурными формами амилоидогенного белка — мономерами, протеолитическими фрагментами, и различными олигомерами, часть из которых служит «зародышами» для построения новых фибрилл. Анализировать такую смесь довольно тяжело. Так как, например, при исследовании методом ЯМР получается множество спектров, которые отражают не только интересующие ученых фибриллы, но и другие состояния белка. Поэтому специалисты ищут способы, которые бы позволили разделить спектральные сигналы фибрилл и сопутствующих им других структурных форм.
Наиболее очевидным и простым методом, применимым для этой цели, является так называемый «диффузионный фильтр». Это специальный ЯМР эксперимент, позволяющий отделять сигналы от тяжелых фибрилл и остальных более подвижных компонентов образца. Но около десяти лет назад ученые из Оксфордского университета опубликовали две статьи, в которых возможность реализации такого фильтра для образцов амилоидных фибрилл была поставлена под сомнение. После этого исследования в данной области прекратились.
«Движение фибриллы можно сравнить со случайным перемещением бревна на поверхности водоема, а движения мономера — с перемещением хвоинки. Исследователи из Оксфорда утверждали, что вращение бревна может оказаться быстрее из-за того, что при повороте линейная скорость на его концах получается достаточно высокой. По этой причине, по мнению авторов, различить разогнавшееся бревно и быструю хвоинку становится невозможным, — объясняет Николай Скрынников. — Но это совсем не так».
Ученые СПбГУ проверили выдвинутый оксфордскими коллегами тезис, и не только опровергли его, но и создали новую теорию диффузионного эксперимента ЯМР. Они показали, что с помощью диффузионного фильтра можно разделять спектральные сигналы фибрилл и других компонентов амилоидогенного образца и получать их индивидуальный («очищенный» от прочих) спектр.
Исследователи описали суть явления тремя методами: аналитическим — вывели компактную формулу, отражающую результаты эксперимента, численным — решили дифференциальное уравнение с помощью подходящего численного алгоритма, и методом Монте-Карло — путем компьютерного моделирования случайных перемещений фибриллы в растворе. В итоге все три метода показали фактически идентичные результаты, подтвердив тем самым верность полученной теории.