به گزارش اطلاعات آنلاین، ریاضیات ممکن است سرنخ‌های غیرمنتظره‌ای برای درک بیماری آلزایمر داشته باشد. دانشمندان مدلی را توسعه داده‌اند که نشان می‌دهد چگونه فلزات رایج مانند مس و روی ممکن است بر تجمع پروتئین‌های مرتبط با این بیماری تأثیر بگذارند،؛ ضمن اینکه راه‌های ممکن برای متوقف کردن این فرآیند را نیز بررسی می‌کنند. این یافته‌ها می‌تواند به محققان در شناسایی استراتژی‌های امیدوارکننده برای جلوگیری از تشکیل پلاک‌های مضر کمک کند.
یک محقق در دانشگاه ایالتی می‌سی‌سی‌پی از مدل‌های ریاضی برای بررسی چگونگی تأثیر فلزات رایج بر تجمع پروتئین‌های مرتبط با آلزایمر استفاده می‌کند و اینکه آیا درمان‌های بالقوه می‌توانند در این فرآیند اختلال ایجاد کنند.
شانتیا یاراحمدیان، دانشیار گروه ریاضی و آمار دانشگاه ایالتی می‌سی‌سی‌پی، در حال مطالعه چگونگی تأثیر فلزاتی مانند مس و روی بر رفتار آمیلوئید بتا است؛ پروتئینی که می‌تواند به هم بچسبد و پلاک‌های مرتبط با بیماری آلزایمر را تشکیل دهد.
تحقیقات او که در مجله بولتن زیست‌شناسی ریاضی منتشر شده است، بر تلاش‌های مداومش برای استفاده از ریاضیات برای درک بهتر فرآیندهای پیچیده بیولوژیکی دخیل در آلزایمر بنا شده است.
استفاده از ریاضیات برای درک بیماری آلزایمر
مدل‌سازی ریاضی به دانشمندان این امکان را می‌دهد تا با نمایش تعاملات پیچیده بیولوژیکی از طریق معادلات و شبیه‌سازی‌ها، آنها را بررسی کنند. سپس محققان می‌توانند آزمایش کنند که چگونه عوامل مختلف بر یک فرآیند تأثیر می‌گذارند و پیش‌بینی کنند که هنگام تغییر شرایط خاص چه اتفاقی ممکن است رخ دهد.
یاراحمدیان، عضو هیئت علمی دانشکده ریاضی و آمار دانشگاه ایالتی میشیگان، گفت: «هر پدیده بیولوژیکی در دنیای فیزیکی - در فضا و زمان - رخ می‌دهد و شامل تغییراتی در شکل، کمیت و ماده است. ریاضیات به دلیل قدرت انتزاعی خود، به ما امکان می‌دهد الگوها را کشف کنیم، فرضیه‌ها را آزمایش کنیم و پیش‌بینی‌هایی انجام دهیم که ممکن است تنها از طریق مشاهده امکان‌پذیر نباشد. ریاضیات جایگزین تحقیقات آزمایشگاهی یا بالینی نمی‌شود؛ بلکه با کمک به ما در درک سیستم بزرگتر، شناسایی مؤثرترین مکانیسم‌ها و هدایت آزمایش‌های آینده، آن را تکمیل می‌کند.»
این رویکرد می‌تواند به ویژه برای بیماری آلزایمر ارزشمند باشد که شامل فرآیندهای بیولوژیکی متعددی است که مطالعه جداگانه آنها دشوار است.
چگونه مس و روی ممکن است بر پلاک‌های آلزایمر تأثیر بگذارند
برای بررسی چگونگی ایجاد پلاک‌های مرتبط با آلزایمر، یاراحمدیان یک چارچوب ریاضی ایجاد کرد که واکنش‌های شیمیایی دخیل در تعامل فلزاتی مانند مس و روی با آمیلوئید بتا را شبیه‌سازی می‌کند.
پروتئین‌های آمیلوئید بتا می‌توانند در فرآیندی به نام تجمع به هم بچسبند. با گذشت زمان، این خوشه‌ها می‌توانند در تشکیل پلاک‌ها، یکی از ویژگی‌های بارز بیماری آلزایمر، نقش داشته باشند.
این مدل بررسی می‌کند که چگونه یون‌های فلزی که اشکال دارای بار الکتریکی فلزات هستند، ممکن است بر این تجمع پروتئین تأثیر بگذارند. همچنین محققان را قادر می‌سازد تا دو رویکرد درمانی بالقوه را که برای تداخل با تجمع طراحی شده‌اند، بررسی کنند.
دانشمندان به جای تکیه کامل بر آزمایش‌های آزمایشگاهی، می‌توانند از شبیه‌سازی‌ها برای بررسی چگونگی تأثیر تغییرات در این تعاملات بر تشکیل پلاک استفاده کرده و مسیرهای امیدوارکننده‌ای را برای تحقیقات بیشتر شناسایی کنند.
پیش‌بینی‌های ریاضی با نتایج آزمایشگاهی مطابقت دارند
یک مدل ریاضی زمانی بیشترین کاربرد را دارد که پیش‌بینی‌های آن منعکس‌کننده آنچه در آزمایش‌های واقعی اتفاق می‌افتد، باشد. یاراحمدیان و همکارانش برای ارزیابی چارچوب خود، نتایج آن را با اندازه‌گیری‌های آزمایشگاهی به‌دست‌آمده از طریق میکروسکوپ نیروی اتمی مقایسه کردند.
این تکنیک تصویربرداری از یک کاوشگر بسیار ریز برای بررسی ساختارها در مقیاس میکروسکوپی استفاده می‌کند و به محققان اجازه می‌دهد خوشه‌های کوچک پروتئین‌ها و سایر مواد را مطالعه کنند.
مدل ریاضی با موفقیت الگوهای مشاهده شده در آزمایش‌ها را بازتولید کرد. این تطابق نشان می‌دهد که این چارچوب جنبه‌های مهمی از نحوه تجمع پروتئین‌های آمیلوئید بتا را در شرایط مورد مطالعه ثبت می‌کند.
نتایج شواهدی ارائه می‌دهد که شبیه‌سازی‌های ریاضی می‌تواند به محققان در بررسی مکانیسم‌های پشت تجمع پروتئین و کشف راه‌هایی برای تأثیرگذاری بر این فرآیند کمک کند. اگرچه این یافته‌ها درمان مؤثری برای آلزایمر ارائه نمی‌دهند، اما ابزاری امیدوارکننده برای هدایت مطالعات آزمایشگاهی آینده ارائه می‌دهند.
برای یاراحمدیان، انگیزه پشت این تحقیق فراتر از چالش ریاضی است. او امیدوار است که درک بهتر از زیست‌شناسی پیچیده این بیماری در نهایت به دانشمندان کمک کند تا استراتژی‌های مؤثرتری علیه آن توسعه دهند.
او گفت: "آنچه مرا به تحقیقات آلزایمر جذب کرد، ترکیبی از تأثیر عمیق آن بر انسان و پیچیدگی بیولوژیکی فوق‌العاده آن است. هدف من استفاده از مدل‌سازی ریاضی برای شناسایی مکانیسم‌های مهم و ایجاد بینش‌هایی است که ممکن است به هدایت تحقیقات تجربی و درمانی آینده کمک کند."
نتایج این پژوهش در نشریه Mathematical Biology منتشر شده است.