Nanomaterijal koji oponaša proteine mogao bi liječiti neurodegenerativne bolesti
Posljednji pregledao: 14.06.2024
Svi iLive sadržaji medicinski se pregledavaju ili provjeravaju kako bi se osigurala što je moguće točnija činjenica.
Imamo stroge smjernice za pronalaženje izvora i samo povezujemo s uglednim medijskim stranicama, akademskim istraživačkim institucijama i, kad god je to moguće, medicinski pregledanim studijama. Imajte na umu da su brojevi u zagradama ([1], [2], itd.) Poveznice koje se mogu kliknuti na ove studije.
Ako smatrate da je bilo koji od naših sadržaja netočan, zastario ili na neki drugi način upitan, odaberite ga i pritisnite Ctrl + Enter.
Novi nanomaterijal koji oponaša ponašanje proteina mogao bi postati učinkovit tretman za Alzheimerovu bolest i druge neurodegenerativne bolesti. Ovaj nanomaterijal mijenja interakciju između dva ključna proteina u moždanim stanicama, što može imati snažan terapeutski učinak.
Inovativni rezultati, nedavno objavljeni u časopisu Advanced Materials, omogućeni su suradnjom između znanstvenika sa Sveučilišta Wisconsin-Madison i inženjera za nanomaterijale sa Sveučilišta Northwestern.
Rad se fokusira na promjenu interakcije između dvaju proteina za koje se vjeruje da su uključeni u bolesti kao što su Alzheimerova bolest, Parkinsonova bolest i amiotrofična lateralna skleroza (ALS).
Prvi protein zove se Nrf2, a to je specifična vrsta proteina koji se naziva transkripcijski faktor koji uključuje i isključuje gene unutar stanica.
Jedna od važnih funkcija Nrf2 je njegov antioksidativni učinak. Iako različite neurodegenerativne bolesti proizlaze iz različitih patoloških procesa, ujedinjuju ih toksični učinci oksidativnog stresa na neurone i druge živčane stanice. Nrf2 se bori protiv ovog toksičnog stresa u moždanim stanicama, pomažući u sprječavanju razvoja bolesti.
Profesor Jeffrey Johnson s Farmaceutskog fakulteta Sveučilišta Wisconsin-Madison, zajedno sa svojom suprugom Delindom Johnson, višom znanstvenicom u školi, desetljećima proučavaju Nrf2 kao obećavajuću metu za liječenje neurodegenerativnih bolesti. Godine 2022. Johnsonovi i njihovi kolege otkrili su da povećanje aktivnosti Nrf2 u određenoj vrsti moždanih stanica, astrocitima, pomaže u zaštiti neurona u mišjim modelima Alzheimerove, što rezultira značajnim smanjenjem gubitak pamćenja.
Iako su prethodna istraživanja pokazala da bi povećanje aktivnosti Nrf2 moglo biti osnova za liječenje Alzheimerove bolesti, znanstvenici su imali poteškoća s učinkovitim ciljanjem ovog proteina u mozgu.
"Teško je unijeti lijekove u mozak, ali također je bilo vrlo teško pronaći lijekove koji aktiviraju Nrf2 bez puno nuspojava", kaže Jeffrey Johnson.
A sada se pojavio novi nanomaterijal. Poznat kao polimer sličan proteinu (PLP), ovaj sintetski materijal je dizajniran da se veže na proteine kao da je sam protein. Ovaj simulator nanomjere stvorio je tim predvođen profesorom kemije Nathanom Giannekshijem sa Sveučilišta Northwestern i članom sveučilišnog Međunarodnog instituta za nanotehnologiju.
Giannecchi je dizajnirao nekoliko PLP-ova za ciljanje različitih proteina. Ovaj određeni PLP je strukturiran da mijenja interakciju između Nrf2 i drugog proteina koji se zove Keap1. Interakcija ovih proteina, ili put, dobro je poznata meta za liječenje mnogih stanja, budući da Keap1 kontrolira kada Nrf2 reagira na oksidativni stres i bori se protiv njega. U normalnim uvjetima, Keap1 i Nrf2 su vezani, ali kada je pod stresom, Keap1 oslobađa Nrf2 kako bi izvršio svoju antioksidacijsku funkciju.
"Upravo su tijekom razgovora Nathan i njegovi kolege iz Grove Biopharma, startupa usmjerenog na terapeutsko ciljanje proteinskih interakcija, spomenuli Robertu da planiraju ciljati na Nrf2", kaže Johnson. "A Robert je rekao: 'Ako namjeravate ovo učiniti, možda biste trebali nazvati Jeffa Johnsona'."
Ubrzo su Johnsonovi i Giannenchi raspravljali o mogućnosti opskrbe laboratorija Sveučilišta Wisconsin-Madison moždanim stanicama mišjeg modela potrebnim za testiranje Giannenchijevog nanomaterijala.
Jeffrey Johnson kaže da je u početku bio pomalo skeptičan prema PLP pristupu, s obzirom na to da nije bio upoznat s njim i općenitim poteškoćama preciznog ciljanja proteina u moždanim stanicama.
"Ali onda je jedan od Nathanovih učenika došao ovamo i upotrijebio to na našim stanicama, i, čovječe, stvarno je dobro djelovalo", kaže on. "Onda smo se stvarno udubili u to."
Studija je otkrila da je Giannenchijev PLP bio vrlo učinkovit u vezivanju za Keap1, što je oslobodilo Nrf2 da se akumulira u staničnoj jezgri, pojačavajući njegovu antioksidacijsku funkciju. Važno je da je to učinio bez izazivanja neželjenih nuspojava koje su mučile druge strategije aktivacije Nrf2.
Dok je ovaj rad obavljen na stanicama u kulturi, Johnson i Giannenchi sada planiraju napraviti slične studije na mišjim modelima neurodegenerativnih bolesti, put istraživanja za koji nisu očekivali da će ga nastaviti, ali sada su uzbuđeni da ga nastave.
"Nemamo iskustvo u biomaterijalima", kaže Delinda Johnson. "Preuzimanje ovoga od Northwesterna i zatim daljnji razvoj biološke strane ovdje na Sveučilištu Wisconsin pokazuje da su ove vrste suradnje doista važne."