Malaria: Proteine ​​impedisce microcircolazione dei globuli rossi malaria-infettati

Aprile 22, 2016 Admin Salute 0 1
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Quando il parassita responsabile della malaria infetta i globuli rossi umani, lancia una ristrutturazione di 48 ore delle cellule ospiti. Durante le prime 24 ore di questo ciclo, una proteina chiamata RESA impegna il primo passo di aggiornamento: migliorare la rigidità delle membrane cellulari.

Questo aumento della rigidità altera la capacità dei globuli rossi 'di viaggiare attraverso i vasi sanguigni, soprattutto a temperature febbre, secondo un nuovo studio condotto da ricercatori del MIT, l'Institut Pasteur e la Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST).

Questo segna la prima volta che gli scienziati hanno identificato il ruolo specifico della proteina RESA nel modulare la circolazione del sangue in un ambiente che riproduce condizioni fisiologiche, e potrebbe aiutare i ricercatori a determinare nuove strategie per combattere la malaria, che infetta circa 300 500 milioni di persone in tutto il mondo ogni anno.




Lo studio - coordinato da MIT Ming Dao, un principale ricercatore presso il Dipartimento di Scienza dei Materiali e Ingegneria (DMSE); Monica Diez Silva, un ricercatore in DMSE; e YongKeun Parco, un assistente professore di fisica presso KAIST - appare 30 agosto in Rapporti scientifici, un giornale online di Nature.

Altri autori del MIT sono Subra Suresh, già preside della Facoltà di Ingegneria e MIT Vannevar Bush professore di ingegneria che è attualmente in congedo dal MIT che serve come il direttore della National Science Foundation; Jongyoon Han, professore associato presso il Dipartimento di Ingegneria Elettrica e Informatica (EECS); Sha Huang, uno studente laureato EECS; destinatario recente PhD Hansen Bow; e il compianto Michael Feld, professore di fisica.

Questo documento è il risultato di una collaborazione tra MIT e Institut Pasteur iniziato nel 2004, quando Suresh ha trascorso un anno sabbatico a Parigi. I nuovi risultati sulla microcircolazione dinamica estendono significativamente esperimenti precedentemente statici dal laboratorio Suresh e il team Pasteur pubblicato nel 2007, in cui hanno trovato che RESA rende la membrana dei globuli rossi più rigido di quello di un globulo rosso sano legame del interna cellulare ponteggi, chiamato il citoscheletro.

"Il nuovo lavoro combina i più recenti progressi della genetica, microfabbricazione, nanomeccanica e la modellazione computazionale riunendo gruppi interdisciplinari e internazionali", afferma Suresh, l'autore maggiore della carta.

Invasione Parasite

Quando una zanzara che trasporta il parassita della malaria, Plasmodium falciparum, morde un essere umano, il parassita invade il fegato, dove si divide per produrre decine di migliaia di merozoiti - forma che può infettare i globuli rossi. Dopo diversi giorni o settimane, questi merozoiti vengono rilasciati nel flusso sanguigno.

Nella successiva fase di infezione, i merozoiti prendere la residenza dentro i globuli rossi per circa 48 ore, la produzione di più copie di se stessi. La proteina RESA è espressa solo durante le prime 24 ore, che è conosciuta come la "fase di anello" a causa della forma circolare dei merozoiti. Durante questa fase, RESA "quasi da solo" altera le proprietà meccaniche delle membrane dei globuli rossi, dice Dao.

Per il nuovo studio, i ricercatori hanno creato un sistema di microfluidica del MIT che ha permesso loro di studiare come RESA influenza le cellule infettate da malaria mentre circolano. Come cellule fluiscono attraverso i canali microfluidici, incontrano strette aperture che sono circa la stessa larghezza capillari più piccoli (circa tre micrometri, o circa 4 percento dello spessore del capello). La squadra ha trovato che le cellule infettate malaria passati attraverso questi canali molto più lentamente rispetto alle cellule sane, a causa della maggiore rigidità delle cellule causata dalla proteina RESA.

I ricercatori hanno anche studiato le cellule del sangue infette mentre scorreva attraverso un sistema di filtraggio microperla creato presso l'Institut Pasteur. Questo sistema, che consiste di piccole sfere densamente, imita la struttura della milza umana, che filtra il sangue e rimuove vecchi globuli.

Mentre RESA reso le cellule infette più rigida, erano ancora in grado di farlo attraverso il sistema di microsfere, suggerendo che avrebbero anche scivolare attraverso le milza non rilevati. "Sul ring in scena la maggior parte delle cellule infette ancora vanno oltre, producendo nuovi parassiti", dice Diez Silva.

I ricercatori hanno anche scoperto che gli effetti di RESA sulla membrana rigidità e deformabilità sono migliorati a temperature febbre: A queste temperature elevate, RESA stabilizza la membrana cellulare in modo che non si disintegrerà. Ciò è vantaggioso per il parassita perché aiuta la cella rimanere intatto fino alla fine del ciclo di 48 ore, permettendo di produrre molte più copie di se stesso.

Mohandas Narla, vice presidente per la ricerca presso il Blood Center di New York, dice lo studio è impressionante e uno dei pochi a guardare gli effetti della temperatura sull'infezione da malaria.

"La malaria è una malattia globale molto diffusa, quindi c'è un sacco di ricerca che viene fatta su di esso, ma la maggior parte delle persone che lo studiano concentrarsi su misure biofisiche senza prestare attenzione alla parte febbre della storia", dice Narla, che era non fa parte del gruppo di ricerca.

Arresto del ciclo

Durante le seconde 24 ore di infezione globuli rossi, quando RESA non è espresso, il parassita inizia a produrre altre proteine ​​che rendono le cellule ancora più rigida. Hanno anche sfornare le proteine ​​che causano le cellule ad ammassarsi e aderiscono alle pareti dei vasi sanguigni. Alla fine del ciclo di 48 ore, i globuli rossi infetti scoppiare e rilasciare nuove copie del parassita, che prendono di mira le nuove cellule e iniziare il ciclo di nuovo.

Perché sono così appiccicoso, cellule del sangue infette non possono raggiungere la milza in questa fase, quindi non c'è alcuna possibilità per loro di essere filtrati. I nuovi risultati suggeriscono che potrebbe essere utile per cercare farmaci che stimolano l'espressione RESA durante la prima metà del ciclo, quando le cellule sono ancora in grado di entrare nella milza, dicono i ricercatori. Quindi, poiché le cellule sarebbero più rigido rispetto globuli infette tipici, milza potrebbe essere in grado di catturare più di essi.

I ricercatori stanno ora esplorando ulteriormente come la milza interagisce con le cellule infettate da malaria. Il nuovo sistema microfluidico utilizzato per simulare microcircolazione nei piccoli vasi sanguigni è anche essere ulteriormente studiato come strumento diagnostico per il rilevamento romanzo malaria e altre malattie.

La ricerca è stata finanziata dal Singapore-MIT Alliance for Research and Technology Center, il National Institutes of Health, l'Istituto per la Scienza KAIST ottica e la tecnologia, e la francese Agence Nationale de la Recherche.

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