研究人员开发了一种新工具FibrilPaint与FibrilRuler测试相结合，使科学家能够直接测量微小液体样本中毒性Tau淀粉样纤维的长度，从最早期的聚集阶段到成熟纤维，甚至在极低浓度下也能测量。由于Tau纤维与阿尔兹海默症及其他痴呆症密切相关，但在溶液中一直极难量化，这种"分子标尺"代表了重大突破。它能在复杂的患者来源样本中工作，并选择性地识别多种神经退行性疾病中的淀粉样纤维，使科学家能够更精确地研究这些纤维如何生长、断裂以及对潜在药物的反应。从长远来看，它可能为新的诊断工具或生物标志物奠定基础，通过纤维长度追踪疾病进展或治疗反应。
一个由化学家和生物化学家组成的团队开发了一种强大的新方法，可以在微小液体样本中测量与阿尔兹海默症及相关痴呆症相关的蛋白质团块的大小，且无需使用显微镜载玻片。这项技术被称为FibrilPaint和FibrilRuler测试，使科学家能够直接在溶液中确定Tau淀粉样纤维的长度，包括在极低浓度下。这项工作由耶路撒冷希伯来大学化学研究所的Assaf Friedler教授和乌特勒支大学的Stefan G. D. Rüdiger教授领导，发表在《美国国家科学院院刊》上。
阿尔兹海默症和几种其他神经退行性疾病与大脑中异常Tau蛋白团块的积累有关。这些团块被称为淀粉样纤维，随着时间推移而生长和变化，其发展被认为与疾病进展相关。
Friedler教授表示："Tau纤维的长度不仅仅是一个细节——它是疾病过程的关键参数。到目前为止，在溶液中直接测量纤维尺寸一直极其困难，特别是在真实生物样本中发现的微小浓度下。"
大多数现有方法要么需要大量材料，要么将纤维从其自然环境中移除，或者只能提供关于纤维尺寸的间接信息。这限制了科学家研究纤维如何生长、断裂或对潜在药物和生物过程作出反应的能力。
新方法的核心是FibrilPaint1，这是一种短的22个氨基酸肽，设计用作液体中淀粉样纤维的高度选择性荧光"高亮笔"。
FibrilPaint1具有独特的特性组合：
- 它以纳摩尔亲和力结合Tau纤维，意味着即使在极低浓度下也能牢固结合。
- 它能识别非常早期的前体，甚至识别仅四层厚的结构，但
- 它不与Tau单体结合，即在聚集之前的单个蛋白质分子。
- 它带有荧光标记，使研究人员能够看到并追踪其结合的位置和方式。
- 它识别各种Tau纤维，包括来自阿尔兹海默症、皮质基底节变性(CBD)和额颞叶痴呆(FTD)患者的各种Tau纤维。
- 它还能结合由其他疾病相关淀粉样蛋白形成的纤维，包括Amyloid-β、α-突触核蛋白和亨廷顿蛋白，同时
- 对淀粉样状态保持高度选择性，对无定形聚集体、血液血清或细胞裂解液的背景结合可忽略不计。
Rüdiger教授表示："我们想要一种像智能钥匙一样的探针：它能找到淀粉样纤维，包括非常早期的纤维，并忽略拥挤的生物环境中的其他部分。FibrilPaint1正是这样做的。"
为了将这种智能探针转化为定量工具，研究团队将FibrilPaint1与一种称为流动诱导分散分析(FIDA)的微流控技术相结合。
在FibrilRuler测试中，FibrilPaint1与溶液中的淀粉样纤维结合。当样本流经微流控毛细管时，荧光信号随时间扩散的方式揭示了纤维-FibrilPaint复合物的有效尺寸。由此，研究人员可以以"层分辨率"计算纤维长度。
使用这种设置，研究团队能够在溶液中测量Tau纤维长度，范围从仅4层到1,100层，使用亚微升样本量。即使在低纳摩尔浓度下，该方法仍然敏感且精确。
Friedler教授解释道："这就像在流体内部拥有一个分子标尺。我们不再需要将纤维固定在表面上或依赖大量材料。我们可以直接在溶液中跟踪纤维如何生长、缩小或断裂。"
由于FibrilPaint1能识别来自多种tau蛋白病的患者源性Tau纤维，并且可以在复杂的生物混合物中工作而不与其他成分结合，FibrilRuler测试为基础研究和未来临床应用提供了一个有吸引力的平台。
在实验室中，该方法可用于：
- 研究纤维在不同条件下如何延长或断裂
- 测试药物或生物途径如何调节纤维长度
- 比较不同疾病或患者样本之间的纤维特性
从长远来看，研究人员认为该技术具有诊断用途的潜力。
Rüdiger教授表示："如果我们能够直接测量患者源性材料中的淀粉样纤维大小——例如，在脑脊液或其他可获取的样本中——我们可能会获得一种新型的痴呆症生物标志物。纤维长度是一个信息丰富的参数，直到现在一直很难获取。"
Friedler教授补充道："我们的愿景是，FibrilRuler测试可以被改编成一个诊断平台，通过随时间追踪纤维大小来监测疾病进展或治疗反应。虽然这将需要进一步的开发和验证，但这项研究是一个重要的第一步。"
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