นักวิทยาศาสตร์ใช้เครื่องเร่งอนุภาคซินโครตรอนของยุโรป
หาธาตุเหล็กในเซลล์ประสาท

นักวิทยาสาสตร์มีความสงสัยว่าการสะสมของเหล็ก จะมีบทบาทต่อความผิดปกติในกระบวนการของระบบประสาท (neurodegenerative) เช่น โรคพาร์คินสัน (Parkinson's disease) แต่ยังไม่เคยมีการตรวจพบเหล็กในเซลล์ประสาท เนื่องจากไม่มีเทคนิคที่สามารถทำได้ จนกระทั่งปัจจุบัน นักวิจัยจาก CNRS ที่มหาวิทยาลัยบอร์โด (Bordeaux) ประเทศฝรั่งเศส มหาวิทยาลัย Sevilla ประเทศสเปน สถาบันประสาทวิทยาแห่ง INSERM Grenoble ของฝรั่งเศส และ ESRF ได้ทำการศึกษาการกระจายตัวของเหล็กในตัวอย่างเซลล์ประสาท ที่ผลิตโดปามีน (dopamine) โดปามีนเป็นตัวส่งกระแสประสาท (neurotransmitter) ซึ่งเป็นข้อความทางเคมีระหว่างเซลล์ประสาท ในสมองของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม เนื่องจากโดปามีนสามารถจับกับเหล็ก แล้วกลายเป็นสารประกอบซับซ้อนที่เสถียรได้ Richard Ortega จาก cellular chemical imaging group ในบอร์โด เชื่อว่า โดปามีนอาจจะถูกยับยั้งโดยเหล็กที่อยู่ใน dopaminergic neurons ทำให้เกิดความผิดปกติขึ้นในโรคพาร์คินสัน

เพื่อทำการทดสอบสมมุติฐานนี้ ทีมนักวิจัยได้ใช้ nanoprobe imaging experimental station ซึ่งพัฒนาขึ้นใหม่ที่ European Synchrotron Radiation Facility ในการศึกษาการกระจายตัวของธาตุในเซลล์ ด้วยลำอนุภาคที่มีกำลังแยก (resolution) 90 นาโนเมตร ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถมองเห็นการกระจายตัวของธาตุ ในปมของตัวส่งกระแสประสาท (neurotransmitter vesicles) โดย nanoprobe จะกระตุ้นตัวอย่างด้วยรังสีเอกซ์ ที่โฟกัสเป็นลำขนาดเล็ก แล้ววัดรังสีเอกซ์จำเพาะ (characteristic fluorescence) ที่ปลดปล่อยออกมาจากตัวอย่าง ซึ่งจะแสดงธาตุที่มีอยู่ในแต่ละจุด แล้วสแกนต่อเนื่องไปทีละจุดจนทั่วพื้นที่ จากนั้นนำข้อมูลมาสร้างเป็นภาพ ซึ่งแสดงปริมาณธาตุแต่ละชนิดในเซลล์ได้

เหล็กนั้นไปจับตัวอยู่ที่ dopamine neurovesicles ในรูป (A) เป็นภาพถ่ายจากกล้องจุลทรรศน์ของเซลล์แช่แข็ง (freeze-dried) และรูป B เป็นภาพถ่ายของเซลล์แช่แข็งชิ้นเดียวกันที่ถ่ายด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบเรืองแสง (epifluorescence) ซึ่งสามารถมองเห็นการกระจายตัวของโดปามีน ขณะที่ในรูป C และ D เป็นภาพถ่ายแบบนาโน (nano-imaging) ด้วยเทคนิคการวาวรังสีเอกซ์โดยใช้เครื่องเร่งอนุภาคซินโครตรอน (synchrotron X-ray fluorescence) ซึ่งแสดงการกระจายตัวของธาตุเหล็ก กรอบภายในรูป C และ D แสดงภาพถ่ายบริเวณเดียวกัน ที่เปรียบเทียบในแบบ fluorescent เพื่อแสดงให้เห็นโดปามีนและ X-ray fluorescence ตำแหน่งที่มีธาตุเหล็ก ในภาพถ่ายของ dopamine neurovesicles ที่มีโครงสร้างขนาด 200 นาโนเมตร ซึ่งถ่ายด้วย epifluorescence microscopy นั้น จะเห็นว่า โดปามีนกับเหล็กมีตำแหน่งอยู่ร่วมกัน โดยใน dopamine neurovesicles ที่มีเหล็กปริมาณมากนั้น พบได้ในส่วนที่เป็นแขนง (neurite outgrowths, C) และส่วนปลายตรงรอยต่อ (distal ends, D) แถบแสดงขนาด เป็นสเกล 1 ไมโครเมตร ส่วนแถบแสดงค่าสูงสุด-ต่ำสุดนั้นเป็นค่าโดยประมาณ

ทีมนักวิจัยได้แสดงให้เห็นว่า เหล็กถูกเก็บอยู่ในปมโดปามีน (dopamine vesicles) ในเซลล์ประสาท ซึ่งเป็นหลักฐานชิ้นแรก ที่แสดงว่าเหล็กกับโดปามีนอยู่ที่ตำแหน่งเดียวกันในปมประสาท (neuro-vesicles) ผลการวิจัยยังอธิบายได้ว่า เมื่อการผลิตโดปามีนถูกขัดขวาง ปริมาณเหล็กในปมประสาท จะลดลงอย่างรวดเร็ว หน้าที่ของ dopamine vesicles ในการเก็บเหล็กเอาไว้นั้น มีความสำคัญต่อการทำความเข้าใจกลไกของโมเลกุล เกี่ยวกับโรคพาร์คินสัน ในภาวะที่การควบคุมระบบประสาททำไม่ได้นี้ พบว่ามีความเสื่อมของปมประสาทที่เก็บโดปามีนด้วย จากผลลัพธ์นี้ ทำให้ความเป็นพิษของเหล็กกับโดปามีนต่อเซลล์ประสาท อยู่ในระดับสูงและซับซ้อน

อุปกรณ์ถ่ายภาพขนาดนาโนด้วยเครื่องเร่งอนุภาคซินโครตรอน (synchrotron nano-imaging station) เป็นเครื่องมืออันใหม่ ที่นักวิจัยจะนำไปใช้ ซึ่งไม่เพียงแต่การศึกษาโรคที่เกี่ยวกับความผิดปกติของระบบประสาทเท่านั้น แต่สามารถนำไปประยุกต์ใช้ได้ในหลายสาขา ที่การหาระดับการกระจายตัวของไอออนโลหะในเซลล์นั้นมีความสำคัญ เช่น พิษวิทยาของโลหะ (metal toxicology) การเกิดมะเร็งจากสารเคมี (chemical carcinogenesis) และ เภสัชวิทยาระดับเซลล์ของสารประกอบอนินทรีย์ (cellular pharmacology of inorganic compounds)

ถอดความจาก Scientists spot sneaky "neurodegenerative" iron at the European synchrotron
เวบไซต์ http://www.esrf.eu/news/pressreleases/iron/