Ο πόλεμος κατά της ασθένειας: Επανεξέταση παλαιών στοιχειών
Παρά την αδιάλειπτη ροή ανακαλύψεων της ιατρικής επιστήμης, αρκετές ασθένειες υψηλού προφίλ εξακολουθούν να αλεπούζουν τους ερευνητές. Σήμερα, οι επιστήμονες αναζητούν νέες ενδείξεις σε καλές διαδρομές.
Καθώς οι επιστήμονες ερευνούν βαθύτερα τους μηχανισμούς που βρίσκονται κάτω από δύσκολες θεραπευτικές καταστάσεις όπως ο διαβήτης και η νόσος του Αλτσχάιμερ, απομακρύνονται από την άκρη της επιστήμης, φτάνοντας για χαλαρά νήματα και σπρώχνοντας τα δάχτυλά τους σε αμυδρά φωτισμένες γωνίες.
Αλλά επειδή οι απαντήσεις από νέες οπτικές γωνίες δεν είναι πάντα προσεχείς, αξίζει να διπλασιάζουμε κάθε φορά, ανοίγοντας παλιές πόρτες και ξαναβλέποντας γνωστά πρόσωπα.
Πρόσφατα, για παράδειγμα, ένα νέο όργανο «ανακαλύφθηκε» κρυμμένο σε απλή θέα. Το interstitium - ένα σύστημα σάκων γεμάτο με υγρά - θεωρείται πλέον ένα από τα μεγαλύτερα όργανα του σώματος.
Προηγουμένως, το διακρατικό πιστεύεται ότι είναι αρκετά ασήμαντο. λίγο περισσότερο από ένα ανατομικό χαρτί κόλλας που υποστηρίζει σωστά όργανα που κάνουν σωστή δουλειά. Αλλά όταν οι τεχνικές απεικόνισης αιχμής μηδενίστηκαν, το μέγεθος και η σημασία της κατέστη σαφής.
Τώρα, οι επιστήμονες ρωτούν τι μπορεί να μας διδάξει για οίδημα, ίνωση και την ενοχλητική ικανότητα εξάπλωσης του καρκίνου.
Στην έρευνα, όλοι γνωρίζουν ότι καμία πέτρα δεν πρέπει να αφεθεί. Το ενδιάμεσο, ωστόσο, μας υπενθυμίζει ότι πρέπει να γυρίζονται πολλές φορές και σε τακτά χρονικά διαστήματα.
Σε αυτό το άρθρο, καλύπτουμε κάποιες γνωστές πτυχές της κυτταρικής βιολογίας που επανεξετάζονται και παρέχουν άγνωστους τρόπους κατανόησης της νόσου.
Μικροσωληνίσκοι: Περισσότερα από ικριώματα
Το κυτταρόπλασμα του κάθε κυττάρου είναι ένα σύνθετο δίκτυο πρωτεϊνών που ονομάζεται κυτταροσκελετός, ένας όρος που δημιουργήθηκε για πρώτη φορά από τον Nikolai Konstantinovich Koltsov το 1903. Ένα από τα κύρια συστατικά του κυτταροσκελετού είναι οι μακρές, σωληνοειδείς πρωτεΐνες που ονομάζονται μικροσωληνίσκοι.
Οι μικροσωληνίσκοι βοηθούν στη διατήρηση του άκαμπτου κυττάρου, αλλά διαδραματίζουν επίσης κεντρικό ρόλο στην κυτταρική διαίρεση και τη μεταφορά ενώσεων γύρω από το κυτταρόπλασμα.
Η δυσλειτουργία των μικροσωληναρίων έχει συνδεθεί με νευροεκφυλιστικές καταστάσεις, συμπεριλαμβανομένων των δύο μεγάλων: των νόσων του Parkinson και του Alzheimer.
Τα νευροϊνιδικά μπερδέματα, τα οποία είναι ασυνήθιστα στριμμένα νήματα μιας πρωτεΐνης που ονομάζεται tau, είναι ένα από τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα του Alzheimer. Συνήθως, σε συνδυασμό με φωσφορικά μόρια, το tau βοηθά στην εξασφάλιση των μικροσωληναρίων. Στους νευρώνες του Alzheimer, ωστόσο, οι πρωτεΐνες tau μεταφέρουν έως και τέσσερις φορές περισσότερο φωσφορικό από το φυσιολογικό.
Η υπερφωσφορυλίωση μειώνει τη σταθερότητα και τον ρυθμό με τον οποίο κατασκευάζονται μικροσωληνίσκοι και μπορεί επίσης να προκαλέσει την αποσυναρμολόγηση των μικροσωληνίσκων.
Ακριβώς πώς αυτή η μεταβολή στην παραγωγή μικροσωληναρίων οδηγεί σε νευροεκφυλισμό δεν είναι πλήρως κατανοητή, αλλά οι ερευνητές ενδιαφέρονται να δουν αν η παρέμβαση σε αυτές τις διαδικασίες μπορεί κάποια μέρα να βοηθήσει στη θεραπεία ή την πρόληψη της νόσου του Alzheimer.
Ζητήματα με μικροσωληνίσκους δεν προορίζονται αποκλειστικά για νευρολογικές καταστάσεις. Από τη δεκαετία του 1990, οι επιστήμονες συζητούν εάν θα μπορούσαν να είναι στη ρίζα των κυτταρικών αλλαγών που οδηγούν σε καρδιακή προσβολή.
Η πιο πρόσφατη μελέτη που εξέτασε αυτό το ερώτημα κατέληξε στο συμπέρασμα ότι οι χημικές αλλαγές στο δίκτυο μικροσωληναρίων των καρδιακών κυττάρων τους έκαναν πιο σκληρές και λιγότερο ικανές να συστέλλονται όπως θα έπρεπε.
Οι συγγραφείς πιστεύουν ότι ο σχεδιασμός φαρμάκων που στοχεύουν μικροσωληνίσκους μπορεί τελικά να είναι ένας βιώσιμος τρόπος «βελτίωσης της καρδιακής λειτουργίας».
Πέρα από το εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας
Εάν μάθατε μόνο ένα πράγμα στην τάξη της βιολογίας, ήταν πιθανό ότι «τα μιτοχόνδρια είναι οι δυνάμεις του κελιού». Πρώτη ματιά στη δεκαετία του 1800, οι σημερινοί επιστήμονες ρωτούν αν τα μιτοχόνδρια θα μπορούσαν να βρίσκονται σε κακότ με μια σειρά ασθενειών.
Ο ρόλος των μιτοχονδρίων στη νόσο του Πάρκινσον έχει λάβει τη μεγαλύτερη προσοχή.
Στην πραγματικότητα, με τα χρόνια, μια ποικιλία μιτοχονδριακών αποτυχιών έχουν εμπλακεί στην ανάπτυξη του Parkinson.
Για παράδειγμα, μπορεί να προκύψουν ζητήματα στις πολύπλοκες χημικές οδούς που παράγουν ενέργεια στα μιτοχόνδρια και μεταλλάξεις μπορεί να συμβούν στο μιτοχονδριακό DNA.
Επίσης, τα μιτοχόνδρια μπορούν να καταστραφούν από τη συσσώρευση ειδών αντιδραστικού οξυγόνου που παράγονται ως υποπροϊόν της παραγωγής ενέργειας.
Αλλά πώς αυτές οι αποτυχίες παράγουν τα ξεχωριστά συμπτώματα του Πάρκινσον; Τα μιτοχόνδρια είναι, τελικά, σχεδόν σε κάθε κύτταρο του ανθρώπινου σώματος.
Η απάντηση φαίνεται να βρίσκεται στον τύπο των κυττάρων που επηρεάζονται στο Πάρκινσον: ντοπαμινεργικοί νευρώνες. Αυτά τα κύτταρα είναι μοναδικά ευαίσθητα στη μιτοχονδριακή δυσλειτουργία. Εν μέρει, αυτό φαίνεται να συμβαίνει επειδή είναι ιδιαίτερα ευαίσθητα στην οξειδωτική επίθεση.
Οι ντοπαμινεργικοί νευρώνες εξαρτώνται επίσης σε μεγάλο βαθμό από το ασβέστιο, ένα στοιχείο στο οποίο τα μιτοχόνδρια παρακολουθούν. Χωρίς μιτοχονδριακό έλεγχο ασβεστίου, τα ντοπαμινεργικά νευρικά κύτταρα υποφέρουν δυσανάλογα.
Έχει επίσης συζητηθεί ένας μιτοχονδριακός ρόλος στον καρκίνο. Τα κακοήθη κύτταρα διαιρούνται και αναπαράγονται με τρόπο εκτός ελέγχου. Αυτό είναι ενεργειακά ακριβό, καθιστώντας τα μιτοχόνδρια πρωταρχικούς ύποπτους.
Πέρα από την ικανότητα των μιτοχονδρίων να παράγουν δύναμη για καρκινικά κύτταρα, βοηθούν επίσης τα κύτταρα να προσαρμοστούν σε νέα ή αγχωτικά περιβάλλοντα. Και, επειδή τα καρκινικά κύτταρα έχουν μια παράξενη ικανότητα να μετακινούνται από το ένα μέρος του σώματος στο άλλο, να δημιουργούν καταστήματα και να συνεχίζουν να πολλαπλασιάζονται χωρίς να σταματούν την αναπνοή, τα μιτοχόνδρια είναι επίσης ύποπτοι κακοί.
Εκτός από τον Parkinson και τον καρκίνο, υπάρχουν ενδείξεις ότι τα μιτοχόνδρια μπορεί επίσης να έχουν συμβάλει στην ανάπτυξη μη αλκοολικών λιπαρών ηπατικών νόσων και ορισμένων πνευμονικών καταστάσεων. Έχουμε ακόμη πολλά να μάθουμε για το πώς αυτά τα εργατικά οργανίδια επηρεάζουν την ασθένεια.
Το επόμενο επίπεδο του μικροβίου
Οι βακτηριοφάγοι είναι ιοί που προσβάλλουν βακτήρια. Και, με το αυξημένο ενδιαφέρον για τα βακτήρια του εντέρου, δεν αποτελεί έκπληξη το γεγονός ότι οι βακτηριοφάγοι έχουν αρχίσει να αυξάνουν τα φρύδια. Εάν τα βακτήρια μπορούν να επηρεάσουν την υγεία, κάτι που τα σκοτώνει σίγουρα μπορεί επίσης.
Τα βακτήρια, που υπάρχουν σε όλα τα οικοσυστήματα της γης, είναι γνωστά πολλά. Ωστόσο, οι βακτηριοφάγοι ξεπερνούν τους αριθμούς. ένας συγγραφέας τους αναφέρεται ως «σχεδόν πανταχού παρόντες».
Η επίδραση του μικροβίου στην υγεία και τις ασθένειες είναι ένας περίπλοκος ιστός αλληλεπιδράσεων που μόλις αρχίζουμε να ξετυλίγουμε.
Και όταν το ιοί - οι ιογενείς μας ιοί - προστίθεται στο μείγμα, γίνεται εκθετικά λαβυρινθίνη.
Γνωρίζοντας πόσο σημαντικά είναι τα βακτήρια στην ασθένεια και στην υγεία, χρειάζεται μόνο ένα μικρό άλμα της φαντασίας για να εξεταστεί πώς οι βακτηριοφάγοι - που είναι ειδικοί σε διαφορετικά στελέχη βακτηρίων - μπορεί κάποια μέρα να είναι ιατρικά χρήσιμοι.
Στην πραγματικότητα, οι βακτηριοφάγοι χρησιμοποιήθηκαν για τη θεραπεία λοιμώξεων τη δεκαετία του 1920 και του '30. Δεν ευνοήθηκαν κυρίως επειδή τα αντιβιοτικά, τα οποία ήταν ευκολότερα και φθηνότερα για αποθήκευση και παραγωγή, εμφανίστηκαν στη σκηνή.
Αλλά με τον κίνδυνο της αντοχής στα αντιβιοτικά να αυξάνεται το κεφάλι του, μια κίνηση προς την κατεύθυνση της θεραπείας με βακτηριοφάγο μπορεί να είναι στα χαρτιά.
Οι βακτηριοφάγοι έχουν επίσης το πλεονέκτημα ότι είναι ειδικοί σε ένα βακτήριο, σε αντίθεση με την ευρεία σκούπα αντιβιοτικών σε πολλά είδη.
Αν και η αναβίωση του ενδιαφέροντος για τους βακτηριοφάγους είναι νέα, ορισμένοι βλέπουν ήδη έναν πιθανό ρόλο στην καταπολέμηση της «καρδιαγγειακής και αυτοάνοσης νόσου, της απόρριψης μοσχεύματος και του καρκίνου».
Ρυθμίστε την επένδυση στις σχεδίες των λιπιδίων
Κάθε κύτταρο επικαλύπτεται σε μια λιπιδική μεμβράνη που επιτρέπει ορισμένες χημικές ουσίες μέσα και έξω ενώ εμποδίζουν τις οδούς άλλων. Αντί να είναι μια απλή τσάντα γεμάτη κομμάτια, οι μεμβράνες των λιπιδίων είναι πολύπλοκες, πρωτεΐνες.
Μέσα στο σύμπλοκο μεμβράνης, οι λιπιδικές σχεδίες είναι διακριτά νησιά όπου συγκεντρώνονται κανάλια και άλλος κυτταρικός εξοπλισμός. Ο ακριβής σκοπός αυτών των δομών συζητείται έντονα, αλλά οι επιστήμονες ασχολούνται πολύ με το τι θα μπορούσαν να σημαίνουν για μια σειρά καταστάσεων, συμπεριλαμβανομένης της κατάθλιψης.
Πρόσφατες έρευνες κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι η κατανόηση αυτών των περιοχών θα μπορούσε να μας βοηθήσει να αντιμετωπίσουμε πώς λειτουργούν τα αντικαταθλιπτικά.
Οι πρωτεΐνες G - οι οποίες μεταδίδουν σήμα κυτταρικοί διακόπτες - απενεργοποιούνται όταν παρασύρονται σε λιπιδικές σχεδίες. Όταν μειώνεται η δραστηριότητά τους, μειώνεται η νευρωνική πυροδότηση και η επικοινωνία, η οποία, θεωρητικά, μπορεί να προκαλέσει κάποια συμπτώματα κατάθλιψης.
Από την άλλη πλευρά του νομίσματος, τα αντικαταθλιπτικά έχουν αποδειχθεί ότι μεταφέρουν τις πρωτεΐνες Ο πίσω από τις λιπιδικές σχεδίες, μειώνοντας έτσι τα καταθλιπτικά συμπτώματα.
Άλλες μελέτες έχουν διερευνήσει τον πιθανό ρόλο των λιπιδίων στην αντοχή στα φάρμακα και τη μετάσταση στον καρκίνο του παγκρέατος και των ωοθηκών, καθώς και τη γνωστική επιβράδυνση στο δρόμο προς τη νόσο του Alzheimer.
Αν και η διπλή στρώση της λιπιδικής μεμβράνης αποκαλύφθηκε για πρώτη φορά στα μέσα του περασμένου αιώνα, οι σχεδίες λιπιδίων είναι μια σχετικά νέα προσθήκη στην κυτταρική οικογένεια. Πολλές ερωτήσεις σχετικά με τη δομή και τη λειτουργία τους είναι ακόμη αναπάντητες.
Τα καλά πράγματα έρχονται σε μικρές συσκευασίες
Εν ολίγοις, τα εξωκυτταρικά κυστίδια είναι μικροσκοπικά πακέτα που μεταφέρουν χημικά μεταξύ των κυττάρων. Συμβάλλουν στην επικοινωνία και διαδραματίζουν ρόλο σε διαδικασίες τόσο ποικίλες όσο η πήξη, η κυτταρική γήρανση και η ανοσοαπόκριση.
Επειδή μεταφέρουν μηνύματα από και πίσω ως μέρος ενός τόσο μεγάλου φάσματος μονοπατιών, δεν είναι περίεργο που έχουν τη δυνατότητα να πάνε στραβά και να εμπλακούν σε ασθένειες.
Επίσης, επειδή μπορούν να μεταφέρουν πολύπλοκα μόρια, συμπεριλαμβανομένων πρωτεϊνών και DNA, υπάρχει κάθε πιθανότητα να διακόψουν τα ειδικά για τη νόσο υλικά - όπως οι πρωτεΐνες που εμπλέκονται σε νευροεκφυλιστικές ασθένειες.
Οι όγκοι παράγουν επίσης εξωκυτταρικά κυστίδια και, αν και ο ρόλος τους δεν είναι ακόμη πλήρως κατανοητός, είναι πιθανό ότι βοηθούν τον καρκίνο να εγκατασταθεί σε απομακρυσμένες περιοχές.
Εάν μπορέσουμε να μάθουμε να διαβάζουμε αυτά τα ενδοκυτταρικά σήματα καπνού, θα μπορούσαμε να αποκτήσουμε γνώση μιας μυριάδας διεργασιών ασθένειας. Θεωρητικά, το μόνο που πρέπει να κάνουμε είναι να τα αξιοποιήσουμε και να σπάσουμε τον κώδικα - ο οποίος, φυσικά, θα είναι μια μνημειακή πρόκληση.
Στο κάτω μέρος
Εάν πήρατε βιολογία, μπορεί να έχετε μια αμυδρή ανάμνηση του ευχάριστου προς προφορά ενδοπλασματικού συστήματος (ER). Μπορεί επίσης να θυμάστε ότι είναι ένα διασυνδεδεμένο δίκτυο πεπλατυσμένων σάκων μέσα στο κυτταρόπλασμα, που βρίσκεται κοντά στον πυρήνα.
Το ER - πρώτη ματιά κάτω από ένα μικροσκόπιο στα τέλη του 1800 - διπλώνει τις πρωτεΐνες και τις προετοιμάζει για τη ζωή στο σκληρό περιβάλλον έξω από το κελί.
Είναι ζωτικής σημασίας οι πρωτεΐνες να διπλώνονται σωστά. Εάν δεν είναι, το ΚΕ δεν θα τα μεταφέρει στον τελικό προορισμό του. Σε περιόδους άγχους, όταν το ER λειτουργεί υπερωρίες, μπορεί να συσσωρευτούν λανθασμένες ή ξεδιπλωμένες πρωτεΐνες. Αυτό πυροδοτεί τη λεγόμενη μη ξεδιπλωμένη πρωτεϊνική απόκριση (UPR).
Ένα UPR προσπαθεί να επαναφέρει τη φυσιολογική κυτταρική λειτουργία στο διαδίκτυο με την εκκαθάριση των καθυστερημένων πρωτεϊνών. Για να γίνει αυτό, αποτρέπει την περαιτέρω παραγωγή πρωτεϊνών, διασπά την κακώς διπλωμένη πρωτεΐνη και ενεργοποιεί μοριακά μηχανήματα που μπορούν να βοηθήσουν να σπάσουν με κάποια αναδίπλωση.
Εάν το ER δεν καταφέρει να επιστρέψει στην τροχιά και το UPR αποτύχει να επαναφέρει την κατάσταση των πρωτεϊνών του κυττάρου, το κύτταρο σημειώνεται για θάνατο από απόπτωση, έναν τύπο αυτοκτονίας των κυττάρων.
Το στρες ER και το επακόλουθο UPR έχουν εμπλακεί σε μια σειρά ασθενειών, μία εκ των οποίων είναι ο διαβήτης.
Η ινσουλίνη παράγεται από παγκρεατικά βήτα κύτταρα και επειδή η παραγωγή αυτής της ορμόνης ποικίλλει κατά τη διάρκεια μιας ημέρας, η πίεση στο ER αυξάνεται και πέφτει - πράγμα που σημαίνει ότι αυτά τα κύτταρα βασίζονται στην αποτελεσματική σηματοδότηση UPR.
Μελέτες έχουν δείξει ότι το υψηλό σάκχαρο στο αίμα ασκεί αυξημένη πίεση στη σύνθεση πρωτεϊνών. Εάν το UPR δεν καταφέρει να επαναφέρει τα πράγματα σε καλό δρόμο, τα βήτα κύτταρα γίνονται δυσλειτουργικά και πεθαίνουν. Καθώς οι αριθμοί βήτα κυττάρων μειώνονται, η ινσουλίνη δεν μπορεί πλέον να δημιουργηθεί όταν χρειάζεται και θα αναπτυχθεί διαβήτης.
Αυτές είναι συναρπαστικές στιγμές για συμμετοχή στη βιοϊατρική επιστήμη, και όπως αποδεικνύει αυτή η σύντομη ματιά, έχουμε ακόμη πολλά να μάθουμε και η κάλυψη του παλιού εδάφους μπορεί να είναι εξίσου χρήσιμη με τη χάραξη νέων οριζόντων.
