Разнообразные ферменты и белки, содержащие положительно заряженные переходные металлы — железо и медь — необходимы организмам, поскольку контролируют ключевые процессы, катализируя окислительный метаболизм и производство нейротрансмиттеров и нейропептидов. Их способность изменять степень окисления имеет решающее значение для биологических функций. Предыдущие исследования показали, что оксиды железа присутствуют в головном мозге человека, также из посмертной ткани этого органа извлекали нанокристаллы минерала магнетита. Однако информация о биоминерализации железа и меди в мозге остается скудной, а наблюдения ограничиваются микроорганизмами, вирусами и растениями.
При возникновении сбоев эти металлы могут вызывать повреждение мозга. Так, известно, что нарушения гомеостаза меди и железа связаны с образованием амилоидных бляшек — а это отличительный признак болезни Альцгеймера, наиболее распространенной формы слабоумия, от которой во всем мире страдают более 25 миллионов человек. Амилоидные бляшки у пациентов с этим нейродегенеративным заболеванием содержат формы химически восстановленного оксида железа, которые потенциально нейротоксичны и могут способствовать прогрессированию недуга.
Научная группа в лаборатории Уорикского университета / © Уорикский университет
Группа ученых из Великобритании, США и Германии под руководством Уорикского университета в Ковентри использовала трансмиссионную рентгеновскую микроскопию на источниках синхротронного излучения — Diamond Light Source в графстве Оксфордшир и Advanced Light Source в Калифорнии. Они хотели определить пространственное распределение и химическое состояние меди и железа в ядрах амилоидных бляшек, выделенных из тканей лобных и височных долей мозга двух умерших пациентов, которые страдали болезнью Альцгеймера. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.
В обнаружении амилоидных бляшек помогли одноэнергетические рентгеновские снимки срезов мозга. В итоге удалось идентифицировать крошечные частицы меди и железа (около 1/10000 от размера булавочной головки) в ионизированной и элементарной формах, а также определить их степень окисления и составить карту распределения.
Изображения с рентгеновского микроскопа и спектры поглощения рентгеновских лучей. Снимки показали, что амилоидные бляшки содержат отложения как железа, так и меди / © Уорикский университет
Тем самым ученые подтвердили, что элементарные металлы, которые ранее наблюдали только у микроорганизмов, вирусов и растений, встречаются и в организме человека. Роль этих наноразмерных отложений меди и железа в естественных или патологических процессах еще предстоит выяснить, к тому же остается вопрос: связаны ли металлы именно с амилоидными бляшками или распространены по всему мозгу? В любом случае теперь можно получить новое понимание роли меди и железа в нейрохимии и нейробиологии, а также в развитии нейродегенеративных заболеваний.
«Если металлы, идентифицированные нами, связаны с развитием болезни Альцгеймера, их можно использовать как маркеры для диагностики заболеваний с применением таких методов, как магнитно-резонансная томография, и проводить доклинический скрининг групп риска», — отметил Джеймс Эверетт из Кильского университета, ведущий автор работы.
