Το νανοϋλικό που μιμείται πρωτεΐνες θα μπορούσε να θεραπεύσει νευροεκφυλιστικές ασθένειες
Τελευταία επισκόπηση: 14.06.2024
Όλα τα περιεχόμενα του iLive ελέγχονται ιατρικά ή ελέγχονται για να διασφαλιστεί η όσο το δυνατόν ακριβέστερη ακρίβεια.
Έχουμε αυστηρές κατευθυντήριες γραμμές προμήθειας και συνδέουμε μόνο με αξιόπιστους δικτυακούς τόπους πολυμέσων, ακαδημαϊκά ερευνητικά ιδρύματα και, όπου είναι δυνατόν, ιατρικά επισκοπικά μελέτες. Σημειώστε ότι οι αριθμοί στις παρενθέσεις ([1], [2], κλπ.) Είναι σύνδεσμοι με τις οποίες μπορείτε να κάνετε κλικ σε αυτές τις μελέτες.
Εάν πιστεύετε ότι κάποιο από το περιεχόμενό μας είναι ανακριβές, παρωχημένο ή αμφισβητήσιμο, παρακαλώ επιλέξτε το και πατήστε Ctrl + Enter.
Ένα νέο νανοϋλικό που μιμείται τη συμπεριφορά των πρωτεϊνών θα μπορούσε να γίνει αποτελεσματική θεραπεία για τη νόσο του Αλτσχάιμερ και άλλες νευροεκφυλιστικές ασθένειες. Αυτό το νανοϋλικό αλλάζει την αλληλεπίδραση μεταξύ δύο βασικών πρωτεϊνών στα εγκεφαλικά κύτταρα, κάτι που μπορεί να έχει ισχυρό θεραπευτικό αποτέλεσμα.
Τα καινοτόμα αποτελέσματα, που δημοσιεύθηκαν πρόσφατα στο περιοδικό Advanced Materials, έγιναν δυνατά μέσω μιας συνεργασίας μεταξύ επιστημόνων στο Πανεπιστήμιο του Wisconsin-Madison και μηχανικών νανοϋλικών στο Πανεπιστήμιο Northwestern.
Η εργασία επικεντρώνεται στην αλλαγή της αλληλεπίδρασης μεταξύ δύο πρωτεϊνών που πιστεύεται ότι εμπλέκονται σε ασθένειες όπως η νόσος του Αλτσχάιμερ, η νόσος του Πάρκινσον και η αμυοτροφική πλευρική σκλήρυνση (ALS).
Η πρώτη πρωτεΐνη ονομάζεται Nrf2, η οποία είναι ένας συγκεκριμένος τύπος πρωτεΐνης που ονομάζεται παράγοντας μεταγραφής που ενεργοποιεί και απενεργοποιεί τα γονίδια μέσα στα κύτταρα.
Μία από τις σημαντικές λειτουργίες του Nrf2 είναι η αντιοξειδωτική του δράση. Αν και διαφορετικές νευροεκφυλιστικές ασθένειες προκύπτουν από διαφορετικές παθολογικές διεργασίες, τις ενώνουν οι τοξικές επιδράσεις του οξειδωτικού στρες στους νευρώνες και σε άλλα νευρικά κύτταρα. Το Nrf2 καταπολεμά αυτό το τοξικό στρες στα εγκεφαλικά κύτταρα, βοηθώντας στην πρόληψη της ανάπτυξης ασθενειών.
Ο καθηγητής Jeffrey Johnson της Φαρμακευτικής Σχολής του Πανεπιστημίου του Wisconsin-Madison, μαζί με τη σύζυγό του Delinda Johnson, ανώτερη επιστήμονα στο σχολείο, μελετούν το Nrf2 ως πολλά υποσχόμενο στόχο για τη θεραπεία νευροεκφυλιστικών ασθενειών εδώ και δεκαετίες. Το 2022, οι Johnsons και οι συνάδελφοί τους ανακάλυψαν ότι η αύξηση της δραστηριότητας Nrf2 σε έναν συγκεκριμένο τύπο εγκεφαλικών κυττάρων, τα αστροκύτταρα, συμβάλλει στην προστασία των νευρώνων σε μοντέλα ποντικιών του Alzheimer, με αποτέλεσμα τη σημαντική μείωση απώλεια μνήμης.
Αν και προηγούμενη έρευνα είχε δείξει ότι η αύξηση της δραστηριότητας Nrf2 θα μπορούσε να είναι η βάση για τη θεραπεία της νόσου του Αλτσχάιμερ, οι επιστήμονες είχαν δυσκολία να στοχεύσουν αποτελεσματικά αυτήν την πρωτεΐνη στον εγκέφαλο.
"Είναι δύσκολο να εισαχθούν φάρμακα στον εγκέφαλο, αλλά ήταν επίσης πολύ δύσκολο να βρεθούν φάρμακα που ενεργοποιούν το Nrf2 χωρίς πολλές παρενέργειες", λέει ο Jeffrey Johnson.
Και τώρα εμφανίστηκε ένα νέο νανοϋλικό. Γνωστό ως πολυμερές τύπου πρωτεΐνης (PLP), αυτό το συνθετικό υλικό έχει σχεδιαστεί για να συνδέεται με πρωτεΐνες σαν να ήταν η ίδια πρωτεΐνη. Αυτός ο προσομοιωτής νανοκλίμακας δημιουργήθηκε από μια ομάδα με επικεφαλής τον καθηγητή χημείας Nathan Giannekshi από το Πανεπιστήμιο Northwestern και μέλος του Διεθνούς Ινστιτούτου Νανοτεχνολογίας του πανεπιστημίου.
Η Giannecchi έχει σχεδιάσει πολλά PLP για να στοχεύει διαφορετικές πρωτεΐνες. Αυτό το συγκεκριμένο PLP είναι δομημένο για να μεταβάλλει την αλληλεπίδραση μεταξύ Nrf2 και μιας άλλης πρωτεΐνης που ονομάζεται Keap1. Η αλληλεπίδραση αυτών των πρωτεϊνών, ή η οδός, είναι ένας πολύ γνωστός στόχος για τη θεραπεία πολλών καταστάσεων, καθώς το Keap1 ελέγχει πότε το Nrf2 ανταποκρίνεται και καταπολεμά το οξειδωτικό στρες. Υπό κανονικές συνθήκες, τα Keap1 και Nrf2 δεσμεύονται, αλλά όταν πιέζεται, το Keap1 απελευθερώνει Nrf2 για να εκτελέσει την αντιοξειδωτική του λειτουργία.
"Απλώς κατά τη διάρκεια της συζήτησης που ο Nathan και οι συνάδελφοί του στο Grove Biopharma, μια startup επικεντρωμένη στη θεραπευτική στόχευση αλληλεπιδράσεων πρωτεϊνών, ανέφεραν στον Robert ότι σχεδίαζαν να στοχεύσουν το Nrf2", λέει ο Johnson. "Και ο Ρόμπερτ είπε, "Αν πρόκειται να το κάνεις αυτό, ίσως θελήσεις να τηλεφωνήσεις στον Τζεφ Τζόνσον."
Σύντομα, οι Johnsons και ο Giannenchi συζητούσαν τη δυνατότητα να παράσχουν στο εργαστήριο του Πανεπιστημίου του Wisconsin-Madison τα εγκεφαλικά κύτταρα του μοντέλου ποντικιού που απαιτούνται για τη δοκιμή του νανοϋλικού του Giannenchi.
Ο Τζέφρι Τζόνσον λέει ότι αρχικά ήταν λίγο δύσπιστος για την προσέγγιση του PLP, δεδομένης της αγνοίας του και της γενικής δυσκολίας να στοχεύει με ακρίβεια πρωτεΐνες στα εγκεφαλικά κύτταρα.
"Αλλά τότε ένας από τους μαθητές του Nathan ήρθε εδώ και το χρησιμοποίησε στα κελιά μας και, φίλε, λειτούργησε πολύ καλά", λέει. "Τότε το σκάψαμε πραγματικά."
Η μελέτη διαπίστωσε ότι το PLP του Giannenchi ήταν εξαιρετικά αποτελεσματικό στη σύνδεση με το Keap1, το οποίο απελευθέρωσε το Nrf2 να συσσωρευτεί στους πυρήνες των κυττάρων, ενισχύοντας την αντιοξειδωτική του λειτουργία. Είναι σημαντικό ότι το έκανε χωρίς να προκαλέσει τις ανεπιθύμητες παρενέργειες που έχουν ταλαιπωρήσει άλλες στρατηγικές ενεργοποίησης Nrf2.
Ενώ αυτή η εργασία έγινε σε κύτταρα σε καλλιέργεια, ο Johnson και ο Giannenchi σχεδιάζουν τώρα να κάνουν παρόμοιες μελέτες σε μοντέλα ποντικών νευροεκφυλιστικών ασθενειών, μια λεωφόρο έρευνας που δεν περίμεναν να ακολουθήσουν αλλά τώρα είναι ενθουσιασμένοι να συνεχίσουν.
>"Δεν έχουμε ιστορικό στα βιοϋλικά", λέει η Delinda Johnson. "Έτσι, η λήψη αυτού από το Northwestern και στη συνέχεια η περαιτέρω ανάπτυξη της πλευράς της βιολογίας εδώ στο Πανεπιστήμιο του Ουισκόνσιν δείχνει ότι αυτού του είδους οι συνεργασίες είναι πραγματικά σημαντικές."