Fibril amiloid ialah sejenis protein/peptida yang dipasang sendiri yang mengambil pembentukan seperti lembaran bertindan. Agregat fibril amiloid diketahui sebagai penyebab kepada beberapa penyakit - termasuk Alzheimer - dan oleh itu, adalah kepentingan saintifik yang besar untuk memahami bagaimana agregat ini boleh dipecahkan. Sesetengah jenis fibril amiloid juga memainkan peranan dalam pengawalan ekspresi gen dalam sesetengah organisma. Ia juga dianggap bahawa format seperti gentian yang terdapat dalam agregat ini bertindak sebagai perancah untuk memupuk biobahan. Oleh itu, teknik yang sesuai untuk pecahan atau "penyisihan" fibril protein amiloid adalah kritikal dari perspektif rawatan perubatan, pengubahsuaian struktur dan fungsi biologi, dan juga kejuruteraan biomaterial. Kumpulan kerjasama saintis Jepun dari Pusat Penyelidikan Laser Elektron Bebas IR di Universiti Sains Tokyo dan Institut Penyelidikan Saintifik dan Industri di Universiti Osaka, yang terdiri daripada Dr Takayasu Kawasaki, Prof Koichi Tsukiyama, dan Prof Akinori Irizawa, kini telah menunjukkan bahawa laser elektron bebas (FEL) inframerah-jauh (FIR), dipanggil FIR-FEL, boleh digunakan untuk memecahkan agregat protein amiloid, yang merupakan bukti kuasa penyelidikan saintifik antara disiplin. Kajian ini telah diterbitkan baru-baru ini dalam Laporan Saintifik. Kawasaki menyatakan, "Kami ingin menunjukkan kebolehgunaan laser elektron bebas yang kuat dalam sains hayat, dan penyelidikan antara disiplin ini telah memungkinkan ini."
Kajian terdahulu telah menyiasat pemisahan fibril amiloid tetapi dengan kejayaan yang terhad dan hasil yang bercampur-campur. Kerana pemisahan mereka dalam air adalah sukar, kaedah fizikal pemisahan telah diterokai pada masa lalu. Laser dan sinaran elektromagnet telah digunakan untuk fabrikasi dan pengubahan struktur/fungsi bahan kimia dan biologi. Di antara laser, FIR-FEL telah dikaji dengan sangat jarang, walaupun ia mempunyai kuasa penembusan yang tinggi dan diserap dengan baik oleh sistem biologi. Ia juga digunakan dalam pengimejan tisu, diagnostik kanser, dan kajian biofizik. Kawasaki menerangkan, "Kajian kami menunjukkan buat kali pertama bahawa FIR-FEL juga berguna untuk memecahkan struktur agregat fibril protein."
Untuk kajian mereka, para penyelidik menggunakan DFKNF peptida 5-residu sebagai model kerana hubungan antara fibrilasi dan patogenesisnya telah pun diwujudkan. Peptida ini terkumpul secara automatik menjadi kepingan fibril. Mereka mendapati bahawa FIR-FEL merosakkan konformasi ?-helaian tegar (salah satu daripada beberapa struktur yang diandaikan oleh protein) peptida 5-residu dengan mencipta lubang kecil pada filem peptida. Para penyelidik mendapati bahawa FIR-FEL juga mengganggu ikatan hidrogen antara ?-helaian bersebelahan dalam fibril dan menimbulkan peptida bebas. Ini dirujuk sebagai pemisahan.
Kawasaki dan pasukan kemudian menyemak perubahan konformasi dalam fibril peptida selepas penyinaran dengan FIR-FEL, dengan menganalisis nisbah 4 jenis struktur sekunder peptida (?-helix, ?-sheet, ?-turn, dan lain). Mereka mendapati bahawa perkadaran konformasi ?-helaian telah berkurangan secara drastik, yang menunjukkan bahawa struktur fibril seperti helaian tegar telah terganggu.
Kawasaki menyatakan bahawa kajian terdahulu juga mendapati mid-inframerah (MIR)-FEL berkesan dalam hal ini. "Kami membandingkan kesan MIR-FEL dengan kesan FIR-FEL, " kata Kawasaki, "dan kami mendapati bahawa walaupun MIR-FEL menyebabkan perubahan konformasi dalam agregat fibril, ia tidak memecahkan fibril secara efektif seperti FIR-FEL. sudah."
Menggunakan mikroskopi elektron pengimbasan dan teknik pewarnaan pewarna, para penyelidik juga mengesahkan bahawa FIR-FEL menyebabkan perubahan morfologi pada fibril. Kawasaki berkata, "Oleh kerana peptida fibril amiloid terlibat dalam pengawalseliaan fungsi biologi serta patologi, teknik pengubahsuaian fizikal (seperti FIR-FEL) juga boleh digunakan untuk mengubah fungsi biologi makromolekul ini mengikut keperluan."
Memandangkan FIR-FEL lebih berkesan daripada MIR-FEL, FIR-FEL boleh digunakan untuk memusnahkan fibril amiloid jauh di dalam tisu, seperti dalam kes penyakit Alzheimer, manakala MIR-FEL boleh digunakan untuk mengeluarkan amiloid dermal pada permukaan kulit. Selain itu, kerana protein fibril bertindak sebagai perancah untuk bahan biokompatibel, FIR-FEL boleh digunakan dalam kejuruteraan biobahan dalam perubatan regeneratif atau sistem penghantaran ubat pembawa Nano.
Untuk membuat kesimpulan, Kawasaki dengan fasih menyatakan, "Buat pertama kali di dunia, kami telah mendapati bahawa agregat tegar fibril amiloid boleh dipecahkan dengan berkesan menggunakan laser elektron bebas di rantau terahertz (panjang gelombang 50- 100 mikrometer). Langkah seterusnya kami ialah memahami cara FIR-FEL mempengaruhi pelbagai jenis fibril peptida. Penyelidikan kami boleh memacu perkembangan rawatan baru untuk penyakit sukar dikawal seperti Alzheimer. Ia juga boleh membantu pembangunan kaedah baharu untuk memanipulasi struktur bahan biokompatibel."
