Trotz eines kontinuierlichen Stroms von Entdeckungen auf dem Gebiet der Medizin sind einige Krankheiten für Forscher immer noch nicht zugänglich. Wissenschaftler suchen nach neuen Ideen in bereits gut untersuchten Bereichen.
Der Käfig ist winzig und gleichzeitig riesig.Während Wissenschaftler tiefer in die Mechanismen eindringen, die schwer zu heilenden Krankheiten zugrunde liegen (wie Diabetes oder Alzheimer), nähern sie sich zunehmend den Grenzen wissenschaftlicher Erkenntnisse und suchen nach Antworten auf die dunkelsten Ecken der Wissenschaft.
Die Antworten auf komplexe Fragen sind jedoch nicht immer offensichtlich, selbst wenn Sie sie aus einem anderen Blickwinkel betrachten. Daher sollten Sie von Zeit zu Zeit zum Bekannten zurückkehren und vertraute Fakten überprüfen.
Zum Beispiel wurde kürzlich ein neuer Körper wie dieser „geöffnet“, der sich „in Sichtweite“ versteckt.
Interstitium ist ein System flüssigkeitsgefüllter Hohlräume. Nun wird angenommen, dass dies eines der größten Organe des Körpers ist.
Früher galt Interstitium als belanglos - als Klebstoff zur Unterstützung der "echten" Organe, die wichtige Funktionen erfüllen. Dank fortschrittlicher Technologien für die Arbeit mit Bildern war es jedoch möglich, ihn genauer zu betrachten - seine Größe und Bedeutung wurden deutlich.
Wissenschaftler fragen sich, ob der neue Körper die Ursache für die unangenehme Fähigkeit von Ödemen, Fibrosen und Krebs, sich schnell auszubreiten, klären kann.
Es ist bekannt, dass wir auf der Suche nach Entdeckungen möglicherweise jede Hypothese testen müssen - schauen Sie unter jeden Stein. Interstitium lehrt uns, dass einige „Steine“ in regelmäßigen Abständen mehrmals umgedreht werden müssen.
In diesem Artikel werden wir bekannte Aspekte der Zellbiologie untersuchen, versuchen, sie zu überdenken und ungewöhnliche Wege zum Verständnis von Krankheiten aufzuzeigen.
Mikrotubuli: mehr als ein Zellrahmen
Das Zytoskelett ist ein komplexes Netzwerk von Proteinen im Zytoplasma jeder Zelle. Der Begriff wurde erstmals 1903 von Nikolai Konstantinovich Koltsov verwendet. Einer der Hauptbestandteile des Zytoskeletts sind lange röhrenförmige Proteine, sogenannte Mikrotubuli.
Mikrotubuli tragen nicht nur zur Aufrechterhaltung der Zellstruktur bei, sondern spielen auch eine entscheidende Rolle bei der Zellteilung und dem Transfer von Verbindungen um das Zytoplasma. Eine Funktionsstörung der Mikrotubuli ist mit neurodegenerativen Erkrankungen verbunden, einschließlich der als Parkinson-Krankheit und Alzheimer-Krankheit bekannten.
Neurofibrilläre Glomeruli, die abnormal verdrillte Stränge des Tau-Proteins sind, sind eines der Kennzeichen der Alzheimer-Krankheit. Normalerweise hilft Tau-Protein in Kombination mit Phosphatmolekülen bei der Stabilisierung von Mikrotubuli. In Alzheimer-Neuronen tragen Tau-Proteine jedoch viermal so viel Phosphat wie gewöhnlich.
Hyperphosphorylierung verringert die Stabilität von Mikrotubuli, die Geschwindigkeit ihrer Entstehung und kann auch zu deren Zerstörung führen.
Wie genau eine Veränderung der Produktion von Mikrotubuli zur Neurodegeneration führt, ist nicht ganz klar. Die Forscher hoffen jedoch, dass eine Intervention in diesen Prozessen eines Tages zur Behandlung oder Vorbeugung der Alzheimer-Krankheit beitragen wird.
Mikrotubuli-Probleme hängen nicht ausschließlich mit neurologischen Zuständen zusammen. Seit den 1990er Jahren diskutieren Wissenschaftler, ob sie die Ursache für zelluläre Veränderungen sein könnten, die zu einem Herzinfarkt führen. Eine kürzlich durchgeführte Studie zu diesem Thema kam zu dem Schluss, dass chemische Veränderungen im Mikrotubuli-Netzwerk von Herzzellen sie härter und weniger kontrahierbar machten, als sie sollten.
Die Autoren der Studie glauben, dass die Entwicklung von Arzneimitteln, die auf Mikrotubuli abzielen, letztendlich ein praktikabler Weg sein kann, um "die Herzfunktion zu verbessern".
Nicht nur Kraftwerke
Wenn Sie Mitochondrien in einem Schulbiologiekurs studiert haben, erinnern Sie sich wahrscheinlich nur daran, dass "Mitochondrien Zellkraftwerke sind". Heutzutage fragen sich Wissenschaftler, ob Mitochondrien, die bereits im 19. Jahrhundert entdeckt wurden, mit einer Reihe von Krankheiten in Verbindung gebracht werden könnten.
Mitochondrien sind mehr als nur ein Kraftpaket.Die Rolle der Mitochondrien bei der Entwicklung der Parkinson-Krankheit hat die größte Aufmerksamkeit erhalten.
Im Laufe der Jahre wurden verschiedene Störungen in ihrer Arbeit als Ursachen für die Entwicklung der Parkinson-Krankheit impliziert. Beispielsweise können Störungen in komplexen chemischen Pfaden zur Energieerzeugung in Mitochondrien auftreten. Ein weiteres Problem sind Mutationen in der mitochondrialen DNA.
Mitochondrien können durch die Anreicherung reaktiver Sauerstoffspezies geschädigt werden, die als Nebenprodukt der Energieerzeugung entstehen. Und doch, wie führen diese Fehler zu schweren Symptomen der Parkinson-Krankheit? Schließlich existieren Mitochondrien in fast jeder Zelle des menschlichen Körpers.
Die Antwort scheint in der Art der von der Parkinson-Krankheit betroffenen Zellen zu liegen: dopaminerge Neuronen. Diese Zellen sind sehr anfällig für mitochondriale Dysfunktionen. Dies liegt zum Teil daran, dass sie besonders empfindlich gegenüber oxidativem Stress sind. Dopaminerge Neuronen sind auch signifikant von Kalzium abhängig, einem Element, dessen Spiegel von Mitochondrien gesteuert wird. Ohne mitochondriale Kontrolle sind dopaminerge Nervenzellen überproportional betroffen.
Die Rolle der Mitochondrien bei der Krebsentstehung wird ebenfalls diskutiert. Bösartige Zellen teilen sich unkontrolliert und vermehren sich - dies ist energetisch teuer, was bedeutet, dass der Hauptverdächtige Mitochondrien sind.
Neben der Fähigkeit der Mitochondrien, Energie für Krebszellen zu erzeugen, helfen sie den Zellen auch, sich an neue oder stressige Bedingungen anzupassen. Da Krebszellen eine übernatürliche Fähigkeit haben, sich von einem Körperteil zum anderen zu bewegen, sich an einem neuen Ort niederzulassen und sich unermüdlich weiter zu vermehren, sind Mitochondrien hier der Hauptverdächtige.
Zusätzlich zu Parkinson und Krebs gibt es Hinweise darauf, dass Mitochondrien mit nichtalkoholischen Fettlebererkrankungen und einigen Lungenerkrankungen assoziiert sind. Wir müssen noch viel darüber lernen, wie diese fleißigen Organellen die Entwicklung von Krankheiten beeinflussen.
Mikrobiom - Nächstes Level
Bakteriophagen sind Viren, die Bakterien angreifen. Es überrascht nicht, dass mit zunehmendem Interesse an Darmbakterien Bakteriophagen Aufmerksamkeit schenkten. Wenn Bakterien die Gesundheit beeinträchtigen können, bedeutet dies natürlich auch, dass sie getötet werden.
Bakterien sind in allen Ökosystemen der Erde vorhanden. Ihre Anzahl ist schwer abzuschätzen. Bakteriophagen sind jedoch zahlreicher als sie; Ein Autor nennt sie "fast allgegenwärtig".
Bakteriophage - Komplexität zu einem bereits komplexen hinzufügenDie Wirkung des Mikrobioms auf die Gesundheit ist ein kompliziertes Netzwerk von Interaktionen, die wir gerade erst zu entwirren beginnen. Wenn wir dazu ein sup hinzufügen (eine Reihe von residenten Viren im menschlichen Körper), steigt die Komplexität der Aufgabe exponentiell an.
Wir wissen bereits, wie wichtig Bakterien bei Krankheiten und für den gesunden Zustand des Körpers sind. Von hier aus ist es nur ein kleiner Schritt, um zu verstehen, wie nützlich Bakteriophagen (spezifisch für verschiedene Bakterienstämme) für die Medizin werden können.
Tatsächlich wurden Bakteriophagen bereits in den 1920er und 30er Jahren zur Behandlung von Infektionen eingesetzt. Mit dem Aufkommen von Antibiotika, die einfacher und billiger zu lagern und herzustellen sind, ist das Interesse an Bakteriophagen jedoch gesunken. Aufgrund der Gefahr einer bakteriellen Resistenz gegen Antibiotika ist es jedoch möglich, zur Behandlung mit Bakteriophagen zurückzukehren.
Bakteriophagen haben auch einen wichtigen Vorteil: Sie können im Gegensatz zu Antibiotika, die eine Vielzahl von Bakterien sofort betreffen, für einen Bakterienstamm spezifisch sein.
Obwohl das Interesse an Bakteriophagen gerade erst wieder zugenommen hat, sehen einige Forscher bereits ihre potenzielle Anwendbarkeit im Kampf gegen Herz-Kreislauf- und Autoimmunerkrankungen, Transplantatabstoßung und Krebs.
Segeln auf Lipidflößen
Jede Zelle ist mit einer Lipidmembran beschichtet, die es einigen Chemikalien ermöglicht, ein- und auszutreten, während andere dies nicht tun. Lipidmembranen sind also nicht nur Schalen, sondern komplexe Proteinkomplexe.
Lipidflöße sind separate Inseln im Membrankomplex. Sie enthalten Kanäle und andere Strukturen. Der genaue Zweck dieser Strukturen führt zu heftigen Debatten. Wissenschaftler versuchen fleißig herauszufinden, was sie für eine Reihe von Erkrankungen, einschließlich Depressionen, bedeuten können.
Eine Lipidmembran ist viel mehr als eine Membran.Jüngste Studien haben gezeigt, dass das Verständnis der Wirkungsweise dieser Regionen uns helfen kann, herauszufinden, wie Antidepressiva wirken.
G-Proteine sind signalübertragende Proteinschalter. Sie werden deaktiviert, wenn sie in Lipidflöße treiben. Einerseits nimmt mit abnehmender g-Protein-Aktivität auch die Neuronensignalisierung ab, was theoretisch einige Symptome einer Depression verursachen kann. Andererseits wurde gezeigt, dass Antidepressiva g-Proteine von Lipidflößen verdrängen und dadurch die Symptome einer Depression verringern.
Es gibt Studien, die die mögliche Rolle von Lipidflößen bei der Arzneimittelresistenz, der Metastasierung bei Bauchspeicheldrüsen- und Eierstockkrebs sowie bei der Abnahme der kognitiven Fähigkeiten bei Alzheimer untersucht haben.
Die Doppelschichtstruktur der Lipidmembran wurde erstmals Mitte des letzten Jahrhunderts entdeckt. Lipidflöße sind jedoch eine relativ neue Entdeckung. Viele Fragen zu ihrer Struktur und Funktion sind noch offen.
Gut in kleinen Paketen
Extrazelluläre Vesikel sind winzige Säcke, die Chemikalien zwischen Zellen transportieren. Sie dienen der Kommunikation zwischen Zellen und spielen eine Rolle bei Prozessen wie Gerinnung, Zellalterung und Immunantwort.
Da sie hier und da Nachrichten übermitteln, ist es nicht verwunderlich, dass etwas brechen kann, was bedeutet, dass die Vesikel möglicherweise mit Krankheiten in Verbindung gebracht werden können.
Da sie komplexe Moleküle, einschließlich Proteine und DNA, tragen können, besteht außerdem jede Möglichkeit, dass sie krankheitsspezifische Materialien wie Proteine transportieren können, die an neurodegenerativen Erkrankungen beteiligt sind.
Krebstumoren produzieren auch extrazelluläre Vesikel, und obwohl ihre Rolle noch nicht vollständig verstanden ist, ist es wahrscheinlich, dass sie den Krebszellen helfen, sich an entfernten Orten niederzulassen.
Wenn wir lernen, diese interzellulären Signale zu entschlüsseln, können wir uns ein Bild von den vielen Prozessen machen, die mit Krankheiten verbunden sind. Theoretisch müssen wir nur den Code knacken. Dies negiert jedoch nicht die Monumentalität der Aufgabe.
Etwas mehr als nur Koagulation
Wenn Sie sich an den Verlauf der Biologie erinnern, haben Sie vielleicht auch eine schwache Erinnerung an einen seltsamen lateinischen Begriff - das endoplasmatische Retikulum (ER). Wenn Sie Glück haben, werden Sie sich vielleicht sogar daran erinnern, dass dies ein miteinander verbundenes Netzwerk abgeflachter Hohlräume im Zytoplasma ist, das sich in der Nähe des Kerns befindet. ER wurde erstmals im späten 19. Jahrhundert unter dem Mikroskop entdeckt. Er beschäftigt sich mit der Koagulation von Proteinen und bereitet sie auch auf die harten Lebensbedingungen außerhalb der Zelle vor.
Es ist wichtig, dass die Proteinkoagulation korrekt erfolgt. Ist dies nicht der Fall, überträgt die Notaufnahme sie nicht an ihren endgültigen Bestimmungsort. Während des Stresses, wenn der ER intensiver arbeitet, können sich falsch gefaltete Proteine bilden. Dies verursacht eine Reaktion, die als UPR-Antwort (Unfolded Protein Response) bezeichnet wird.
UPR versucht, die Zellen wieder normal zu machen. Es reinigt die Zelle von ungefalteten Proteinen. Um dies zu erreichen, wird die weitere Proteinproduktion gestoppt, schlecht gefaltete Proteine werden zerstört und molekulare Mechanismen werden aktiviert, die dazu beitragen, eine falsche Koagulation zu unterbrechen.
Wenn ER keine Zeit hat, die Zelle wieder normal zu funktionieren, und UPR die Proteinsituation nicht wieder kontrollieren kann, wird die Zelle durch Apoptose zerstört - eine Art Zellsuizid. ER-Stress und nachfolgende UPR sind an einer Reihe von Krankheiten beteiligt, von denen eine Diabetes ist.
Insulin wird von Betazellen der Bauchspeicheldrüse produziert, und da sich der Spiegel dieses Hormons im Laufe des Tages ändert, steigt und fällt der ER-Stress mit. Dies bedeutet, dass Pankreaszellen stark vom UPR-Mechanismus abhängig sind.
Studien haben gezeigt, dass hoher Blutzucker die Proteinsynthese stressig beeinflusst. Wenn UPR nicht zurechtkommt, werden Pankreas-Beta-Zellen funktionsunfähig und durch Apoptose zerstört. Mit dem Abbau von Beta-Zellen kann bei Bedarf kein Insulin mehr produziert werden - es entsteht Diabetes.
Unsere Tage sind eine aufregende Zeit für diejenigen, die sich mit Biomedizin befassen, und wie aus diesem kurzen Rückblick hervorgeht, müssen wir noch viel lernen, und eine Retrospektive dessen, was bereits untersucht wurde, kann ebenso nützlich sein wie das Erreichen neuer Horizonte.
Quelle: Tim Newman.
Der Krieg gegen die Krankheit: Wiederholung alter Orte. Übersetzt von Kostya Sviridov