Krigen mot sykdommer: Å revidere gamle hjemsøk
Til tross for medisinsk vitenskaps ubrutte strøm av funn, er det fortsatt en rekke høyprofilerte sykdommer som er forskere på rev. I dag søker forskere friske ledetråder langs godt tråkkede stier.
Når forskere dykker dypere inn i mekanismene som ligger under vanskelige å behandle tilstander som diabetes og Alzheimers sykdom, plukker de seg ut på kanten av vitenskapen, når ut til løse tråder og stikker fingrene i svakt opplyste kroker.
Men fordi svar fra friske vinkler ikke alltid kommer, er det vel verdt å doble seg innimellom, åpne gamle dører og se på kjente ansikter.
Nylig ble for eksempel et nytt orgel “oppdaget” som gjemte seg i vanlig syn. Interstitium - et system med væskefylte poser - regnes nå som et av kroppens største organer.
Tidligere ble interstitium antatt å være ganske ubetydelig; litt mer enn anatomisk limpapir som støtter riktige organer som gjør ordentlig arbeid. Men når banebrytende bildebehandlingsteknikker nullstilles, ble størrelsen og viktigheten tydelig.
Nå spør forskere hva det kan lære oss om ødem, fibrose og kreftens plagsomme evne til å spre seg.
Når det gjelder forskning, vet alle at ingen stein skal stå urørt. Interstitium minner oss imidlertid om at de skal dreies flere ganger og med jevne mellomrom.
I denne artikkelen dekker vi noen kjente aspekter av mobilbiologi som blir revidert og gir ukjente måter å forstå sykdom på.
Mikrotubuli: Mer enn stillas
Å løpe gjennom cytoplasmaet i hver eneste celle er et komplekst nettverk av proteiner som kalles cytoskjelettet, et begrep som ble laget først av Nikolai Konstantinovich Koltsov i 1903. En av de viktigste bestanddelene i cytoskelettet er lange, rørformede proteiner kalt mikrotubuli.
Mikrotubuli hjelper til med å holde cellen stiv, men de spiller også sentrale roller i celledeling og transport av forbindelser rundt cytoplasmaet.
Dysfunksjon i mikrotubuli har vært knyttet til nevrodegenerative tilstander, inkludert de to store: Parkinsons og Alzheimers sykdommer.
Nevrofibrillære floker, som er unormalt vridde tråder av et protein som kalles tau, er et av kjennetegnene ved Alzheimers. I forbindelse med fosfatmolekyler hjelper tau vanligvis med å sikre opp mikrotubuli. I Alzheimers nevroner bærer imidlertid tau-proteiner opptil fire ganger så mye fosfat som normalt.
Hyperfosforylering reduserer stabiliteten og hastigheten som produseres av mikrotubuli, og det kan også føre til at mikrotubuli demonteres.
Nøyaktig hvordan denne endringen i mikrotubuli-produksjonen fører til nevrodegenerasjon er ikke helt forstått, men forskere er interessert i å se om det å inngripe i disse prosessene en dag kan bidra til å behandle eller forhindre Alzheimers sykdom.
Problemer med mikrotubuli er ikke forbeholdt nevrologiske tilstander. Siden 1990-tallet har forskere diskutert om de kan være roten til cellulære endringer som fører til hjerteinfarkt.
Den siste studien for å se på dette spørsmålet konkluderte med at kjemiske endringer i mikrotubuli-nettverket av hjerteceller gjorde dem stivere og mindre i stand til å trekke seg sammen slik de skulle.
Forfatterne mener at utforming av legemidler som retter seg mot mikrotubuli, til slutt kan være en levedyktig måte å "forbedre hjertefunksjonen."
Utover kraftverket
Hvis du bare lærte en ting i biologiklassen, var det sannsynlig at "mitokondrier er kraftcentrene i cellen." Første glimt på 1800-tallet spør dagens forskere om mitokondrier kan være i cahoots med en rekke sykdommer.
Rollen til mitokondrier i Parkinsons sykdom har fått mest oppmerksomhet.
Gjennom årene har en rekke mitokondriefeil blitt involvert i utviklingen av Parkinson.
For eksempel kan problemer oppstå i de komplekse kjemiske banene som genererer energi i mitokondrier, og mutasjoner kan forekomme i mitokondrie-DNA.
Også mitokondrier kan bli skadet av en opphopning av reaktive oksygenarter som produseres som et biprodukt av energiproduksjon.
Men hvordan produserer disse svikt de tydelige symptomene på Parkinsons? Mitokondriene er tross alt i nesten alle celler i menneskekroppen.
Svaret ser ut til å ligge i typen celler som er berørt av Parkinsons: dopaminerge nevroner. Disse cellene er unikt utsatt for mitokondriell dysfunksjon. Delvis ser det ut til at de er spesielt følsomme for oksidativt angrep.
Dopaminerge nevroner er også sterkt avhengige av kalsium, et element som mitokondrier holder øye med. Uten mitokondriell kalsiumkontroll lider dopaminerge nerveceller uforholdsmessig.
En mitokondriell rolle i kreft har også blitt diskutert. Ondartede celler deler seg og replikerer på en ukontrollert måte; dette er energisk dyrt, noe som gjør mitokondrier til viktigste mistenkte.
Utover mitokondrias evne til å generere kreftceller, hjelper de også celler med å tilpasse seg nye eller stressende miljøer. Og fordi kreftceller har en uhyggelig evne til å bevege seg fra en del av kroppen til en annen, etablere butikk og fortsette å multiplisere uten å puste for å puste, er også mitokondrier mistanke om skurker her.
Foruten Parkinsons og kreft, er det bevis for at mitokondrier også kan ha en hånd i utviklingen av alkoholfri fettleversykdom og noen lungesykdommer. Vi har fortsatt mye å lære om hvordan disse arbeidsomme organellene påvirker sykdommen.
Mikrobiomens neste nivå
Bakteriofager er virus som angriper bakterier. Og med den økte interessen for tarmbakterier, er det ingen overraskelse at bakteriofager har begynt å heve øyenbrynene. Hvis bakterier kan påvirke helsen, kan det sikkert også gjøre noe som dreper dem.
Bakterier, som finnes i alle økosystemer på jorden, er kjent som mange. Bakteriofager er imidlertid flere enn dem; en forfatter omtaler dem som "tilnærmet allestedsnærværende."
Mikrobiomets innflytelse på helse og sykdom er et kronglete nett av interaksjoner som vi bare har begynt å løse opp.
Og når viromet - våre bosatte virus - legges til blandingen, blir det eksponentielt labyrintisk.
Å vite hvor viktige bakterier er i sykdom og helse, krever bare et lite sprang av fantasien for å vurdere hvordan bakteriofager - som er spesifikke for forskjellige bakteriestammer - en dag kan være medisinsk nyttige.
Faktisk ble bakteriofager brukt til å behandle infeksjoner på 1920- og 30-tallet. De falt i unåde først og fremst fordi antibiotika, som var enklere og billigere å lagre og produsere, dukket opp på scenen.
Men med fare for antibiotikaresistens som løfter hodet, kan det hende at et trekk tilbake mot bakteriofagbehandling er på kortene.
Bakteriofager har også fordelen av å være spesifikke for en bakterie, i motsetning til antibiotikas brede fei over mange arter.
Selv om interessen for bakteriofager er ny, ser noen allerede en potensiell rolle i kampen mot "kardiovaskulær og autoimmun sykdom, avstøting av graft og kreft."
Sett drift på lipidflåter
Hver celle er belagt i en lipidmembran som tillater visse kjemikalier inn og ut mens de blokkerer andres baner. Langt fra å være en enkel pose full av biter, er lipidmembraner komplekse, proteinbelagte enheter.
Innenfor membrankomplekset er lipidflåter diskrete øyer der kanaler og annet mobilutstyr samles. Det eksakte formålet med disse strukturene er veldig diskutert, men forskere er i ferd med å ta tak i hva de kan bety for en rekke forhold, inkludert depresjon.
Nylige undersøkelser konkluderte med at forståelsen av disse regionene kan hjelpe oss å få tak i hvordan antidepressiva fungerer.
G-proteiner - som er signaloverførende mobilbrytere - blir deaktivert når de driver inn i lipidflåter. Når aktiviteten deres synker, reduseres nevronell avfyring og kommunikasjon, noe som teoretisk sett kan forårsake noen symptomer på depresjon.
På den andre siden av mynten har antidepressiva vist seg å skifte G-proteiner ut av lipidflåter, og derved redusere depressive symptomer.
Andre studier har undersøkt den potensielle rollen som lipidflåter i legemiddelresistens og metastase i kreft i bukspyttkjertelen og eggstokkene, samt den kognitive nedgangen på vei mot Alzheimers sykdom.
Selv om den to-lags strukturen til lipidmembranen først ble avdekket i midten av forrige århundre, er lipidflåter et relativt nytt tillegg til mobilfamilien. Mange spørsmål om deres struktur og funksjon er foreløpig ubesvart.
Gode ting kommer i små pakker
Kort sagt, ekstracellulære vesikler er små pakker som frakter kjemikalier mellom celler. De hjelper med å kommunisere og spille en rolle i prosesser så varierte som koagulasjon, cellulær aldring og immunrespons.
Fordi de bærer meldinger frem og tilbake som en del av et så bredt spekter av veier, er det ikke rart at de har potensialet til å gå galt og bli involvert i sykdommer.
Også fordi de kan bære komplekse molekyler, inkludert proteiner og DNA, er det stor sjanse for at de kan skyte sykdomsspesifikke materialer - for eksempel proteiner som er involvert i nevrodegenerative sykdommer.
Svulster produserer også ekstracellulære vesikler, og selv om deres rolle ennå ikke er fullstendig forstått, er det sannsynlig at de hjelper kreft med å etablere butikk på fjerne steder.
Hvis vi kan lære å lese disse intercellulære røyksignalene, kan vi få innsikt i et mylder av sykdomsprosesser. I teorien er alt vi trenger å gjøre å bruke dem og bryte koden - noe som selvfølgelig vil være en monumental utfordring.
Under brettet
Hvis du tok biologi, kan du ha en svak erindring av det behagelige å uttale endoplasmatiske retikulum (ER). Du kan også huske at det er et sammenkoblet nettverk av flate sekker i cytoplasmaet, plassert nær kjernen.
ER - først skimtet under et mikroskop på slutten av 1800-tallet - bretter proteiner og forbereder dem på livet i det tøffe miljøet utenfor cellen.
Det er viktig at proteiner brettes riktig; hvis de ikke er det, vil ikke ER bringe dem videre til deres endelige destinasjon. I tider med stress, når ER jobber overtid, kan feilfoldede eller utfoldede proteiner bygge seg opp. Dette utløser en såkalt unfolded protein response (UPR).
En UPR forsøker å bringe normal mobilfunksjon tilbake på nettet ved å oppklare etterslepet av utfoldet protein. For å gjøre dette forhindrer det ytterligere proteinproduksjon, bryter ned dårlig brettet protein og aktiverer molekylære maskiner som kan hjelpe til med å knekke med litt bretting.
Hvis ER ikke greier å komme tilbake på sporet og UPR ikke klarer å bringe cellens proteinsituasjon tilbake på linje, blir cellen markert for død av apoptose, en type celle selvmord.
ER-stress og den påfølgende UPR har vært implisert i en rekke sykdommer, hvorav den ene er diabetes.
Insulin produseres av betaceller i bukspyttkjertelen, og fordi produksjonen av dette hormonet varierer i løpet av en dag, stiger og faller trykket på ER - noe som betyr at disse cellene er avhengige av effektiv UPR-signalering.
Studier har vist at høyt blodsukker gir økt press på proteinsyntese. Hvis UPR ikke greier å få ting tilbake på sporet, blir betaceller dysfunksjonelle og dør. Etter hvert som betacelletallene synker, kan det ikke lenger opprettes insulin når det er nødvendig, og diabetes vil utvikle seg.
Dette er fascinerende tider for å være involvert i biomedisinsk vitenskap, og som dette korte glimtet viser, har vi fortsatt mye å lære, og å dekke gammel mark kan være like nyttig som å skære ut nye horisonter.
