เป้าหมายสูงสุดของการวิจัยคือการช่วยออกแบบกลยุทธ์ในการหยุดโรคพรีออนในมนุษย์ และท้ายที่สุด เพื่อแปลแนวทางใหม่ในการทำงานกับโรคอัลไซเมอร์และโรคทางระบบประสาทอื่นๆ

นักวิทยาศาสตร์ยังไม่ได้ค้นพบสาเหตุที่แท้จริงของโรคอัลไซเมอร์ แต่ส่วนใหญ่เห็นด้วยว่าปัญหาโปรตีนมีบทบาทในการเกิดขึ้นและความก้าวหน้าของโรค โรคอัลไซเมอร์ส่งผลกระทบต่อผู้คนมากกว่า 6 ล้านคนในสหรัฐอเมริกา และสมาคมโรคอัลไซเมอร์ประเมินว่าการดูแลของพวกเขาจะมีมูลค่าประมาณ 355 พันล้านดอลลาร์ในปีนี้

การวิจัยได้ดำเนินการที่ห้องปฏิบัติการ Safar ในภาควิชาพยาธิวิทยาและศูนย์ Proteomics and Bioinformatics ที่โรงเรียนแพทย์มหาวิทยาลัย Case Western Reserve และที่ศูนย์ Synchrotron Bioscience ของ Case Western Reserve ที่ Brookhaven Laboratories ในนิวยอร์ก Jiri Safar ศาสตราจารย์ด้านพยาธิวิทยา ประสาทวิทยา และประสาทวิทยา ที่โรงเรียนแพทย์ Case Western Reserve เป็นผู้นำงานนี้ รายงาน "โดเมนภายนอกที่แตกต่างกันอย่างมีโครงสร้างขับเคลื่อนการจำลองพรีออนที่สำคัญของมนุษย์" ได้รับการตีพิมพ์ในฉบับวันที่ 17 มิถุนายนของPLOS Pathogens

พรีออนถูกค้นพบครั้งแรกในช่วงปลายทศวรรษ 1980 โดยเป็นตัวแทนทางชีวภาพที่มีโปรตีนซึ่งสามารถทำซ้ำได้ในเซลล์ที่มีชีวิตโดยไม่มีกรดนิวคลีอิก ผลกระทบด้านสาธารณสุขจากโรคพรีออนในมนุษย์ที่ติดต่อทางการแพทย์ และการแพร่เชื้อพรีออนในสัตว์จากโรควัวบ้า (BSE, "โรควัวบ้า") ได้เร่งการพัฒนาแนวคิดทางวิทยาศาสตร์ใหม่เกี่ยวกับโปรตีนที่จำลองตัวเองได้อย่างมาก

พรีออนของมนุษย์สามารถจับกับโปรตีนปกติที่อยู่ใกล้เคียงในสมอง และทำให้รูพรุนด้วยกล้องจุลทรรศน์ โดยพื้นฐานแล้วพวกมันเปลี่ยนสมองให้กลายเป็นโครงสร้างคล้ายฟองน้ำและนำไปสู่ภาวะสมองเสื่อมและความตาย การค้นพบเหล่านี้นำไปสู่การอภิปรายทางวิทยาศาสตร์อย่างต่อเนื่องว่ากลไกคล้ายพรีออนอาจเกี่ยวข้องกับต้นกำเนิดและการแพร่กระจายของความผิดปกติทางระบบประสาทอื่นๆ ในมนุษย์หรือไม่

"โรคพรีออนในมนุษย์น่าจะเป็นความผิดปกติทางระบบประสาทที่ต่างกันมากที่สุด และการวิจัยที่เพิ่มขึ้นบ่งชี้ว่าโรคเหล่านี้เกิดจากพรีออนของมนุษย์หลายสายพันธุ์" ซาฟาร์กล่าว "อย่างไรก็ตาม การศึกษาโครงสร้างของพรีออนของมนุษย์ได้ล่าช้ากว่าความก้าวหน้าล่าสุดในพรีออนในห้องปฏิบัติการของหนู ส่วนหนึ่งเป็นเพราะลักษณะทางโมเลกุลที่ซับซ้อนและข้อกำหนดด้านความปลอดภัยทางชีวภาพที่ต้องห้ามซึ่งจำเป็นสำหรับการตรวจสอบโรคซึ่งเป็นอันตรายถึงชีวิตอย่างสม่ำเสมอและไม่มีการรักษา"

นักวิจัยได้พัฒนากระบวนการสามขั้นตอนใหม่ในการศึกษาพรีออนของมนุษย์:

• พรีออนจากสมองของมนุษย์ได้รับรังสีเอกซ์ซิงโครตรอนความเข้มสูงเป็นครั้งแรก ลำแสงนั้นสร้างสปีชีส์ไฮดรอกซิลเรดิคัล ซึ่งเมื่อแสงระเบิดสั้น ๆ ก็เปลี่ยนองค์ประกอบทางเคมีบนพื้นผิวของพรีออนอย่างเฉพาะเจาะจงและก้าวหน้า คุณสมบัติเฉพาะของแหล่งกำเนิดแสงประเภทนี้รวมถึงความเข้มแสงมหาศาล มันสามารถสว่างกว่าแสงจากดวงอาทิตย์สู่โลกได้หลายล้านเท่า
• การดัดแปลงทางเคมีอย่างรวดเร็วของพรีออนโดยการระเบิดแสงสั้นๆ ได้รับการตรวจสอบด้วยแอนติบอดีต้านพรีออน แอนติบอดีจำลักษณะพื้นผิวพรีออน และแมสสเปกโตรเมตรีที่ระบุตำแหน่งที่แน่นอนของความแตกต่างตามความเครียดเฉพาะพรีออน ให้คำอธิบายที่แม่นยำยิ่งขึ้นเกี่ยวกับข้อบกพร่องของพรีออน
• พรีออนที่เรืองแสงได้รับอนุญาตให้ทำซ้ำในหลอดทดลอง การสูญเสียกิจกรรมการจำลองแบบอย่างค่อยเป็นค่อยไปเมื่อซินโครตรอนปรับเปลี่ยนพวกมันช่วยระบุองค์ประกอบโครงสร้างที่สำคัญที่รับผิดชอบการจำลองและการแพร่กระจายของพรีออนในสมอง

Mark Chance รองคณบดีฝ่ายวิจัยของ School of Medicine และผู้ร่วมวิจัยกล่าวว่า "งานนี้เป็นขั้นตอนแรกที่สำคัญในการระบุตำแหน่งที่มีความสำคัญเชิงโครงสร้างซึ่งสะท้อนถึงความแตกต่างระหว่าง prion ของการวินิจฉัยและความก้าวร้าวที่แตกต่างกัน" Mark Chance รองคณบดีฝ่ายวิจัยของ School of Medicine และผู้ร่วมวิจัยกล่าว "ดังนั้นเราจึงสามารถจินตนาการถึงการออกแบบโมเลกุลขนาดเล็กเพื่อจับกับบริเวณที่เกิดนิวเคลียสและการจำลองแบบ และป้องกันความก้าวหน้าของโรคพรีออนในมนุษย์ในผู้ป่วย"

Chance กล่าวว่าแนวทางเชิงโครงสร้างนี้ยังเป็นแม่แบบสำหรับการระบุตำแหน่งที่มีความสำคัญทางโครงสร้างบนโปรตีนที่บิดเบี้ยวในโรคอื่น ๆ เช่นโรคอัลไซเมอร์ ซึ่งเกี่ยวข้องกับการแพร่กระจายโปรตีนจากเซลล์หนึ่งไปยังอีกเซลล์หนึ่งในลักษณะเดียวกันกับพรีออน

Safar Laboratory ที่ Case Western Reserve ก่อตั้งขึ้นในปี 2008 และมุ่งเน้นไปที่การทำความเข้าใจขั้นสูงเกี่ยวกับโรคทางระบบประสาท ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการพัฒนากลยุทธ์การวินิจฉัยและการรักษาแบบใหม่ Chance ยังเป็นผู้อำนวยการศูนย์ Synchrotron Biosciences และ Center for Proteomics and Bioinformatics ที่ School of Medicine

ทีมวิจัยใช้ลำแสงเอ็กซ์เรย์จากเส้นลำแสง X-ray Footprinting of Biological Materials (XFP) ที่แหล่งกำเนิดแสงซิงโครตรอนแห่งชาติ II (NSLS-II) XFP beamline ดำเนินการโดย Case Western Reserve University Center for Synchrotron Biosciences โดยร่วมมือกับ NSLS-II ซึ่งเป็นสำนักงานผู้ใช้วิทยาศาสตร์ของกระทรวงพลังงานสหรัฐบาคาร่า สมัครบาคาร่า