Mais de 24 milhões de pessoas em todo o mundo sofrem de doenças neurodegenerativas, como Alzheimer, Parkinson ou Huntington. As causas moleculares dessas doenças têm sido pouco investigadas. Uma equipe de cientistas da Universidade de Leipzig e da Universidade Técnica de Dresden, bem como o Kurt Schwabe Institute Meinsberg, agora está examinando esses mecanismos moleculares com novas abordagens, e desenvolveu uma técnica envolvendo uma armadilha térmica de moléculas. Os pesquisadores publicaram suas descobertas em Métodos da Natureza .

Os pesquisadores presumem que a causa dessas doenças neurodegenerativas é a agregação de pequenas moléculas de proteínas chamadas de peptídeos. Os peptídeos geralmente executam diferentes tarefas no corpo com sua estrutura tridimensional especial. Por exemplo, eles agem como hormônios, eles estão envolvidos no transporte de substâncias através da membrana celular, e têm funções antibióticas e antivirais. Contudo, quando os peptídeos se unem para formar pequenos agregados ou mesmo estruturas insolúveis maiores, chamadas placas ou amilóides, sua função original é perdida, e os agregados de peptídeos podem ser tóxicos.

A maneira pela qual os peptídeos individuais se tornam agregados menores e finalmente fibrilas não é clara e é experimentalmente difícil de observar. Mesmo o crescimento de fibrilas não foi suficientemente resolvido, uma vez que quase todos os estudos anteriores foram realizados apenas para grandes quantidades de moléculas que consistem em uma mistura de peptídeos, agregados e fibrilas de diferentes tamanhos.

Os pesquisadores criaram novas abordagens explicativas:"Ao examinar misturas de moléculas individuais, agregados e fibrilas por suas propriedades, obtém-se uma imagem de muitos efeitos sobrepostos. Um passo importante para uma compreensão detalhada em nível molecular é estudar o crescimento de fibrilas amilóides individuais, "explica o Prof. Dr. Frank Cichos, chefe do projeto na Universidade de Leipzig.

Usando sua armadilha térmica recém-desenvolvida, os pesquisadores prenderam fibrilas individuais em soluções fisiológicas por várias horas sob o microscópio e, pela primeira vez, observou o crescimento da fibrila, sua separação e o crescimento posterior dos fragmentos. "Desenvolver uma técnica para esse fim foi uma tarefa complicada. As moléculas em líquidos se movem de forma constante devido à temperatura do líquido. Esse movimento chamado de browniano rapidamente as tira do nosso campo de observação, e só podemos observar fibrilas individuais por um período muito curto, "diz Martin Fränzl, doutorando no projeto.

Os pesquisadores agora estão aproveitando a energia térmica que faz com que o movimento browniano prenda as fibrilas em um pequeno volume. "Usamos um laser para aquecer um minúsculo anel de metal dentro do qual os agregados estão presos. As diferenças de temperatura resultantes na solução com os peptídeos os conduzem em qualquer direção que especificarmos, "explica Tobias Thalheim, que trabalhou com Martin Fränzl nas armadilhas térmicas. Mas a captura de amilóides não é suficiente. A armadilha de temperatura controlada também permite que os cientistas rastreiem e analisem matematicamente o movimento das fibrilas. Com a ajuda do movimento rotacional das fibrilas, eles observaram a mudança no tamanho das fibrilas até um milionésimo de centímetro, e, assim, determinou com precisão sua taxa de crescimento.

"Agora podemos ver os processos que foram assumidos anteriormente, mas para o qual não havia nenhuma evidência experimental direta, "explica Cichos. Para o crescimento das fibrilas, sua quebra deve desempenhar um papel importante, uma vez que dobra o número de extremidades livres onde o crescimento continua. Os experimentos mostram que as fibrilas se rompem e, assim, formam novos brotos, que ajudam os peptídeos a se agregar mais rápido. "Agora há uma infinidade de novos experimentos possíveis, e podemos seguir caminhos que antes não eram possíveis, "diz Cichos.

Prof. Dr. Michael Mertig da Universidade Técnica de Dresden, diretor do Instituto Kurt Schwabe de Tecnologia de Medição e Sensor e.V. Meinsberg, adiciona, "Ao mesmo tempo, este trabalho mostra o enorme potencial no desenvolvimento de sistemas miniaturizados de análise fotônica para diagnósticos médicos. "