Role of Ferric Citrate on Neuronal Cell functions and detection of the iron via radiation fluorescence and magnetic signal change

บทบาทของเฟอร์ริกซิเตรทต่อการทำงานของเซลล์ประสาทและการตรวจวัดเหล็กผ่านการเรืองรังสีและการเปลี่ยนแปลงสัญญาณแม่เหล็ก

Name: Aiyarin Kittilukkana

LCSH: Iron

LCSH: Iron -- Metallurgy

LCSH: Ferric Citrate

LCSH: Dementia

Abstract: Iron is not only crucial for brain function, but also accelerates brain degeneration and cognitive decline. Various forms of iron exist in the human body, including small molecule iron, also known as non-transferrin-bound or labile iron, present in both normal and excessive iron conditions. Recent studies suggest a potential link between labile iron and the development of neurodegenerative disorders, although the comprehensive role of labile iron remains incompletely understood. This research, including in vitro, in vivo, and iron imaging approaches, aims to investigate how labile iron influences neuronal cell function and its interaction with lysosomal functions. High-resolution imaging tools, including confocal Tau-Sted microscopy, Synchrotron Radiation X-ray fluorescence (XRF) nanoscopy, and Magnetic Resonance Imaging (MRI), were employed to visualize labile iron. Results indicate that labile iron is involved in lysosomal clearance function, leading to protein aggregation and abnormal autophagy processes, but this alteration can be reversed either by introducing fresh media or utilizing an iron chelator in an in vitro model. Likewise, analysis at the molecular level in an in vivo model uncovers the impacts of an iron rich diet in rats, such as apoptosis, autophagy process, and the accumulation of protein aggregation. However, the neuronal activities both in vitro and in vivo models are increased in synapse function. Moreover, the developed Tau-STED technique and Synchrotron Radiation XRF nanoscopy successfully observed labile iron in primary hippocampal neurons, revealing its transport within lysosomes through dendrites and axons, leading to propose the concept of labile iron transporting in lysosomes through dendrites and axons. Notably, MRI imaging demonstrated an increased signal when employing a tannic acid (TA) as an iron chelator, which might pave the way to develop the standard scanning method for labile iron imaging. Collectively, the studies emphasize the crucial role of preserving labile iron in neuronal cells, hinting at potential therapeutic implications for manipulating labile iron dynamics to address neurodegenerative processes in the future.

Abstract: ธาตุเหล็กเป็นธาตุที่สำคัญและมีอิทธิพลต่อการทำงานของสมอง อย่างไรก็ตาม ธาตุเหล็กสามารถทำให้เกิดความเสี่ยงของสมองเสื่อม และความสามารถในการฟื้นฟูเซลล์สมองลดลง ในร่างกายมนุษย์มีรูปแบบของเหล็กหลายโมเลกุล หนึ่งในนั้นได้แก่ เหล็กโมเลกุเล็ก หรือเหล็กที่ไม่จับกับทรานสเฟอริน สามารถพบในร่างกายได้ทั้งในสภาวะปกติและสภาวะเหล็กเกิน แม้ว่าบทบาทที่ครอบคลุมของเหล็กโลเลกุลเล็กจะยังคงไม่เป็นที่เข้าใจอย่างครบถ้วน อย่างไรก็ตามการศึกษาล่าสุดชี้ให้เห็นถึงความเชื่อมโยงที่อาจเกิดขึ้นระหว่างเหล็กโมเลกุลเล็กกับการพัฒนาความผิดปกติของระบบประสาท งานวิจัยชิ้นนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อศึกษาอิทธิพลของเหล็กโมเลกุลเล็กต่อการทำงานของเซลล์ประสาทและการมีปฏิสัมพันธ์กับหน้าที่ของไลโซโซมทั้งในระดับเซลล์และสัตว์ทดลองอีก ทั้งยังได้เผยแพร่วิธีการสร้างภาพของเหล็กในระดับเซลล์และสัตว์ทดลองด้วยเครื่องมือถ่ายภาพความละเอียดสูง ได้ แก่ กล้องจุลทรรศน์คอนโฟคอล และเทคนิค Tau-Sted, กล้องนาโนสโคปด้วยรังสีเอกซ์จากซินโครตรอน (XRF) และการถ่ายภาพด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (MRI) ผลการวิจัยพบว่าการทดลองในระดับเซลล์ เหล็กโมเลกุลเล็กมีบทบาทต่อการทำงานของไลโซโซม นำไปสู่การรวมตัวของโปรตีนและกระบวนการออโตฟาจีที่ผิดปกติ แต่การเปลี่ยนแปลงนี้สามารถลดลงได้โดยการเปลี่ยนอาหารเลี้ยงเซลล์หรือใช้คีเลเตอร์ ในทำนองเดียวกัน การวิเคราะห์ในระดับโมเลกุลในหนูทดลองที่ได้รับอาหารเหล็กพบการเปลี่ยนแปลง เช่น การเพิ่มขึ้นของการตายของเซลล์แบบอะพอพโทซิส กระบวนการออโตฟาจี และการสะสมของการรวมตัวของโปรตีนที่ผิดปกติ อย่างไรก็ตามกิจกรรมของเซลล์ประสาททั้งในการทดลองระดับเซลล์และหนูทดลองพบว่ามีการทำงานของไซแนปส์ที่เพิ่มขึ้น เทคนิค Tau-STED ที่พัฒนาขึ้นและการใช้กล้องนาโนสโคปด้วยรังสีเอกซ์จากซินโครตรอนประสบความสำเร็จในการสร้างภาพธาตุเหล็กในเซลล์ประสาท ซึ่งเผยให้เห็นการขนส่งภายในไลโซโซมผ่านเดนไดรต์และแอกซอน นำไปสู่การนำเสนอแนวคิดของการขนส่งเหล็กโมเลกุลเล็กในไลโซโซมผ่านเดนไดรต์และแอกซอน การถ่ายภาพด้วย MRI ร่วมกับการใช้คีเลเตอร์แทนนิก (TA) อาจสามารถพัฒนาเป็นวิธีการตรวจวัดเหล็กโมเลกุลในร่างกาย โดยรวมแล้วงานวิจัยชิ้นนี้เน้นย้ำถึงบทบาทที่สำคัญของการรักษาสภาวะสมดุลของธาตุเหล็กในเซลล์ประสาท ทั้งนี้การศึกษาต่อไปของเหล็กโมเลกุลเล็กอาจสามารถใช้เป็นตัวบ่งชี้ถึงผลการรักษาที่อาจเกิดขึ้นเพื่อจัดการกับกระบวนการเสื่อมของระบบประสาทได้ในอนาคต

Chiang Mai University. Library

Address: CHIANG MAI

Email: cmulibref@cmu.ac.th

Name: Chalermchai Pilapong

Role: Advisor

Name: Sumet Sakulsermsuk

Role: Advisor

Name: Richard Ortega

Role: Advisor

Created: 2024

Modified: 2024-09-15

Issued: 2024-09-15

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

eng

DegreeName: Doctor of Philosophy

Level: Doctoral Degree

Descipline: Biomedical Science

Grantor: Chiang Mai University

©copyrights Chiang Mai University

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	621155906.pdf	5.56 MB

ใช้เวลา

0.054456 วินาที