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Introspecções novas no metabolismo do neurónio das varreduras do ANIMAL DE ESTIMAÇÃO e do MRI

Descobrindo uma parte crucial de informação submicroscópica sobre como o cérebro converte o combustível na energia para os neurônios, os biofísicos da Universidade de Cornell recolheram introspecções novas no metabolismo do neurónio que permitirá que os neurologistas interpretem melhor dados de tais testes de diagnóstico de como o tomografia de emissão de positrão (PET) faz a varredura e de um teste especializado (MRI) da ressonância magnética.

A descoberta descobre um fragmento de informação chave que seja faltado por anos sobre o metabolismo da pilha -- como o dinucleotide composto da adenina da beta-nicotinamida (NADH) interage nas mitocôndria. Os pesquisadores descobriram que algumas moléculas do NADH estão limitadas a outras moléculas nas mitocôndria, quando algumas estiverem livres em duas conformações diferentes. Se o NADH é influências encadernadas ou livres quanto brilha em testes de diagnóstico -- e não conhecer isto conduziu cientistas no passado menosprezar a quantidade de actividade em pilhas neurais.

Os resultados, publicados como o papel da semana na introdução do 1º de julho do jornal da química biológica (Vol. 280), são baseados na pesquisa no laboratório da biofísica dirigido pelo watt W. Webb, S.B. Eckert professor na engenharia em Cornell. A ilustração da tampa do jornal foi projectada por Webb com imagens de seu laboratório da biofísica por Karl Kasischke, por Harshad Vishwasrao e por Dan Dombeck.

Vishwasrao, autor principal do aluno diplomado de papel e anterior de Webb, podia diferenciar-se entre o limite e os dois formulários de estados livres de moléculas do NADH baseadas na taxa que as moléculas giram, ou não gira, sobre nanossegundos do tempo. Usou uma técnica desenvolvida por Ahmed Heikal (agora da universidade estadual de Pensilvânia) no laboratório de Webb.

A concentração do NADH foi usada como um indicador para o metabolismo da pilha por uns 50 anos, mas os níveis prejudiciais da radiação ultravioleta foram exigidos para induzir a fluorescência necessário para as medidas. Webb e seus colegas, contudo, planejaram uma técnica diversos anos há que aquele usa pulsos curtos, intensos do laser do infravermelho inofensivo em vez da radiação ultravioleta. A técnica, chamada microscopia de exploração do laser do multi-fotão (MPLSM), permitida a equipe de Vishwasrao para medir níveis do NADH nas pilhas com níveis controlados de saturação do oxigênio sem danificar as pilhas. E ao contrário de outros métodos, tais como a ressonância magnética funcional dependente do nível do ANIMAL DE ESTIMAÇÃO e do oxigênio do sangue (Corajosa-fMRI), MPLSM pode simultaneamente mostrar como a orientação de moléculas do NADH muda (medindo sua anisotropia) dentro das fracções de um nanossegundo.

Os resultados, disseram Vishwasrao, agora um companheiro pos-doctoral na Universidade de Columbia, indicam que as moléculas desatadas do NADH giram muito mais rapidamente -- e perca conseqüentemente sua fluorescência mais rapidamente -- do que limitam as moléculas do NADH.

“Uma molécula encadernada do NADH é aproximadamente tão brilhante quanto 10 umas livres,” disse Vishwasrao. “Quando nós obtivemos primeiramente a evidência que havia NADH livre, nós pensamos que nós fizemos um erro grande. Nós pensamos que nós éramos loucos. Nós fomos para trás, e mais nós falamos sobre ele, e mais as experiências que nós fizemos, ele tornaram-se claras. Outros grupos consideravam a mesma coisa.”

Quando a equipe usou os dados para calcular a proporção de moléculas limite-à-livres do NADH em uma secção do tecido, encontrou que seus cálculos resolveram as inconsistências que tinham incomodado pesquisadores por anos. “O efeito é grande bastante esclarecer os problemas freqüentemente considerados,” disse Webb.

O NADH é um bom indicador da actividade da pilha por vários motivos. Primeiramente, a molécula é ubíquo nas mitocôndria, onde o metabolismo oxidativo ocorre. Igualmente brilha naturalmente, que os meios ele podem ser detectados sem adicionar projétis luminosos ou tinturas artificiais. E porque o NADH é convertido no processo metabólico a NAD+ não-fluorescente, os pesquisadores podem calibrar quanto oxidação está ocorrendo em uma pilha baseada em sua fluorescência.

Com esta informação nova, Vishwasrao disse, os cientistas e os médicos que estudam os efeitos do curso, a doença de Alzheimer e as outras lesões cerebrais e patologias serão equipados melhor para interpretar dados quantitativos das técnicas que diagnósticas se têm usado -- sem inteiramente compreender -- por anos.

“O papel da imagem lactente do multi-fotão e da espectroscopia do NADH não é substituir outras técnicas de imagem lactente,” disse, “mas para fornecer um pouco uma estrutura microscópica mais detalhada da dinâmica metabólica do cérebro dentro de que as técnicas macroscópicas, tais como Corajoso-fMRI, ANIMAL DE ESTIMAÇÃO e exploração óptica, podem interpretar seus sinais detectados respectivos.”

O laboratório de Webb, o recurso desenvolvente para a óptica electrónica biofísica da imagem lactente (DRBIO), tem rendido outros avanços significativos recentemente. No ano passado, Kasischke, anteriormente de Cornell e agora de um residente na neurologia em Alemanha, usou MPLSM para amolar distante as funções metabólicas dos neurônios (pilhas de nervo) e dos astrocytes (as pilhas estrela-dadas forma que fornecem os neurônios o combustível). O papel de Kasischke encheu uma parte importante do enigma metabólico mostrando que os neurónios têm papéis distintos no processo metabólico. Sua equipe (que Vishwasrao incluído e Webb) encontrou que oxigênio do uso dos neurônios para converter o hidrato de carbono à energia (um processo chamado oxidação) e que os astrocytes retrocedem dentro subseqüentemente ao combustível do lactato do produto (um processo chamado glicólise). Isto confirmou uma função controversa baseada na hipótese conhecida como a canela do lactato do astrocyte-neurônio, e encontrar ajudou pesquisadores a compreender melhor como os trabalhos de processo metabólico em um nível microscópico.

O papel actual de Vishwasrao co-é sido o autor por Kasischke, por Webb e por Heikal.