Para ilmuwan telah menemukan kunci untuk mengungkap misteri kelainan otak degeneratif seperti penyakit Alzheimer

Para ilmuwan telah mengembangkan NeuM, teknik pelabelan saraf yang memungkinkan pemantauan struktur saraf secara mendetail. Pemantauan perubahan neurologis yang berhasil hingga 72 jam.

penyakit Alzheimer Penyakit Parkinson, penyakit Parkinson, dan stroke adalah tiga serangkai utama kondisi neurodegeneratif. Gangguan ini ditandai dengan disfungsi dan kerusakan progresif sel saraf dan neuron. Untuk memahami mekanisme yang mendasari kondisi neurologis ini dan merumuskan pengobatan, penting untuk memiliki teknik pelabelan yang memungkinkan visualisasi perubahan saraf baik dalam kondisi sehat maupun patologis.

Sebuah tim peneliti yang dipimpin oleh Dr. Kim Yeon-kyung dari Brain Science Institute di Korea Institute of Science and Technology (Kist, bekerja sama dengan tim Profesor Zhang Yong-tai dari Universitas Sains dan Teknologi Pohang, mengumumkan pengembangan teknologi pelabelan saraf generasi berikutnya yang disebut NeuM. NeuM (membran saraf selektif) secara selektif memberi label pada membran saraf, memvisualisasikan struktur saraf dan memungkinkan pemantauan perubahan saraf secara real-time.

Para peneliti dari tim Dr. Kim Yun-kyung di KIST menggunakan teknologi pelabelan saraf generasi berikutnya, NeuM, untuk memvisualisasikan neuron secara real-time dan memeriksa gambar beresolusi tinggi. Kredit: Institut Sains dan Teknologi Korea

Neuron terus-menerus memodifikasi struktur dan fungsinya untuk mengirimkan informasi dari organ sensorik ke otak, dan mengatur pikiran, ingatan, dan perilaku. Oleh karena itu, untuk mengatasi penyakit neurodegeneratif, perlu dikembangkan teknik yang memberi label selektif pada neuron hidup untuk pemantauan real-time. Namun, teknik pelabelan berbasis gen dan antibodi saat ini, yang umumnya digunakan untuk memantau neuron, mengalami penurunan Ketepatan Pelacakan jangka panjang sulit dilakukan karena ketergantungannya pada ekspresi gen atau protein spesifik.

Keunggulan dan kemampuan NeuM

NeuM, yang dikembangkan oleh tim peneliti melalui desain molekuler neuron, memiliki afinitas yang sangat baik terhadap membran saraf, memungkinkan pelacakan jangka panjang dan pencitraan neuron dengan resolusi tinggi. Sensor fluoresen dalam NeuM menempel pada membran saraf menggunakan aktivitas sel hidup, dan memancarkan sinyal fluoresen saat tereksitasi oleh panjang gelombang cahaya tertentu. Visualisasi membran sel saraf ini memungkinkan pengamatan mendetail terhadap struktur terminal saraf dan pemantauan diferensiasi dan interaksi saraf dengan resolusi tinggi.

Desain molekul pelabelan selektif membran saraf. Kredit: Institut Sains dan Teknologi Korea

NeuM, sebagai teknologi pertama yang mewarnai membran sel melalui endositosis pada neuron hidup, menunjukkan reaktivitas selektif terhadap sel hidup, tidak termasuk sel mati tanpa internalisasi. Selain itu, tim peneliti berhasil memperpanjang waktu pemantauan neuron dari hanya 6 jam menjadi 72 jam, memungkinkan perubahan dinamis pada neuron hidup dapat ditangkap dalam jangka waktu lama sebagai respons terhadap perubahan lingkungan.

NeuM diharapkan dapat memberikan wawasan mengenai penelitian dan pengembangan pengobatan untuk penyakit neurodegeneratif, yang saat ini belum ada obatnya. Penyakit-penyakit tersebut, termasuk penyakit Alzheimer, diakibatkan oleh kerusakan sel saraf akibat produksi protein beracun seperti amiloid dan masuknya zat inflamasi. Pemantauan ketat NeuM untuk perubahan neurologis dapat secara efektif memfasilitasi evaluasi kandidat senyawa terapeutik.

“NeuM, yang telah dikembangkan kali ini, dapat membedakan antara penuaan dan degenerasi neuron, menjadi alat penting dalam menjelaskan mekanisme gangguan otak degeneratif dan mengembangkan pengobatan,” kata Dr. Kim. Dia juga menambahkan: “Di masa depan, kami berencana untuk meningkatkan NeuM untuk analisis neuron yang lebih tepat dengan merancang panjang gelombang fluoresen untuk membedakan warna seperti hijau dan merah.”

Referensi: “NeuM: penyelidikan selektif neuron yang dimasukkan ke dalam membran saraf hidup melalui peningkatan endositosis yang dimediasi clathrin di neuron primer” oleh Yoonsik Song, Lizaveta Gotina, Kyu-Hyun Kim, Jung-Yul Lee, Solji Shin, Hira Aziz, Dong- Min Kang, Xiao 7 Desember 2023 Angewandte Chemie Edisi Internasional.
doi: 10.1002/anie.202312942

Penelitian ini didukung oleh Kementerian Sains dan Teknologi Informasi dan Komunikasi (Menteri Lee Jung-ho) melalui Proyek Besar KIST dan Proyek Mengatasi Demensia (RS-2023-00261784).