Наноматеријали који опонашају протеине могу да лече неуродегенеративне болести

Нови наноматеријал који опонаша понашање протеина могао би да постане ефикасан третман за Алцхајмерову болест и друге неуродегенеративне болести. Овај наноматеријал мења интеракцију између два кључна протеина у можданим ћелијама, што може имати снажан терапеутски ефекат.

Иновативни резултати, недавно објављени у часопису Адванцед Материалс, омогућени су кроз сарадњу између научника са Универзитета Висконсин-Медисон и инжењера наноматеријала на Универзитету Нортхвестерн.

Рад се фокусира на промену интеракције између два протеина за које се верује да су укључени у болести као што су Алцхајмерова болест, Паркинсонова болест и амиотрофична латерална склероза (АЛС).

Први протеин се зове Нрф2, што је специфичан тип протеина који се зове транскрипциони фактор који укључује и искључује гене унутар ћелија.

Једна од важних функција Нрф2 је његов антиоксидативни ефекат. Иако различите неуродегенеративне болести настају из различитих патолошких процеса, оне су уједињене токсичним дејством оксидативног стреса на неуроне и друге нервне ћелије. Нрф2 се бори против овог токсичног стреса у можданим ћелијама, помажући у спречавању развоја болести.

Професор Џефри Џонсон са Фармацеутског факултета Универзитета Висконсин-Медисон, заједно са својом супругом Делиндом Џонсон, вишим научником у школи, деценијама проучавају Нрф2 као обећавајућу мету за лечење неуродегенеративних болести. Године 2022, Џонсонови и њихове колеге открили су да повећање активности Нрф2 у одређеној врсти можданих ћелија, астроцитима, помаже у заштити неурона код мишјих модела Алцхајмерове болести, што доводи до значајног смањења губитак памћења.

Иако су претходна истраживања сугерисала да повећање активности Нрф2 може бити основа за лечење Алцхајмерове болести, научници су имали потешкоћа да ефикасно циљају овај протеин у мозгу.

„Тешко је унети лекове у мозак, али је такође било веома тешко пронаћи лекове који активирају Нрф2 без много нежељених ефеката“, каже Џефри Џонсон.

А сада се појавио нови наноматеријал. Познат као полимер сличан протеину (ПЛП), овај синтетички материјал је дизајниран да се веже за протеине као да је сам протеин. Овај симулатор наноразмера креирао је тим који предводи професор хемије Натхан Гианнексхи са Универзитета Нортхвестерн и члан Међународног института за нанотехнологију универзитета.

Гианнеццхи је дизајнирао неколико ПЛП-ова за циљање различитих протеина. Овај одређени ПЛП је структуриран да промени интеракцију између Нрф2 и другог протеина званог Кеап1. Интеракција ових протеина, или пут, је добро позната мета за лечење многих стања, пошто Кеап1 контролише када Нрф2 реагује и бори се против оксидативног стреса. У нормалним условима, Кеап1 и Нрф2 су везани, али када је под стресом, Кеап1 ослобађа Нрф2 да би извршио своју антиоксидативну функцију.

„Управо у току разговора Нејтан и његове колеге у Грове Биопхарма, стартупу фокусираном на терапеутско циљање протеинских интеракција, споменули су Роберту да планирају да циљају Нрф2“, каже Џонсон. „А Роберт је рекао: 'Ако ћеш ово да урадиш, можда би желео да позовеш Џефа Џонсона.'“

Ускоро су Џонсонови и Ђаненчи разговарали о могућности да се лабораторији Универзитета Висконсин-Медисон обезбеде моделе можданих ћелија миша потребних за тестирање Ђаненчијевог наноматеријала.

Џефри Џонсон каже да је у почетку био помало скептичан према ПЛП приступу, с обзиром на то да није био упознат са њим и опште тешкоће прецизног циљања протеина у можданим ћелијама.

„Али онда је један од Нејтанових ученика дошао овде и употребио га на нашим ћелијама, и, човече, функционисало је заиста добро“, каже он. „Онда смо се заиста запитали.“

Студија је открила да је Гианненцхијев ПЛП био веома ефикасан у везивању за Кеап1, који је ослободио Нрф2 да се акумулира у језгрима ћелија, побољшавајући његову антиоксидативну функцију. Важно је да је то урадио без изазивања нежељених нежељених ефеката који су мучили друге стратегије активације Нрф2.

Док је овај рад обављен у ћелијама у култури, Џонсон и Ђаненчи сада планирају да ураде слична истраживања на мишјим моделима неуродегенеративних болести, што је пут истраживања за којим нису очекивали да ће наставити, али су сада узбуђени да наставе.

>

„Немамо искуство у биоматеријалима“, каже Делинда Џонсон. „Дакле добијање овога од Нортхвестерн-а и даље развијање биолошке стране овде на Универзитету Висконсин показује да су ове врсте сарадње заиста важне.”