Nanomaterialul care imită proteinele ar putea trata bolile neurodegenerative

Un nou nanomaterial care imită comportamentul proteinelor ar putea deveni un tratament eficient pentru boala Alzheimer și alte boli neurodegenerative. Acest nanomaterial modifică interacțiunea dintre două proteine cheie din celulele creierului, ceea ce poate avea un efect terapeutic puternic.

Rezultatele inovatoare, publicate recent în jurnalul Advanced Materials, au fost posibile printr-o colaborare între oamenii de știință de la Universitatea Wisconsin-Madison și inginerii în nanomateriale de la Universitatea Northwestern.

Lucrările se concentrează pe schimbarea interacțiunii dintre două proteine despre care se crede că sunt implicate în boli precum boala Alzheimer, boala Parkinson și scleroza laterală amiotrofică (ALS).

Prima proteină se numește Nrf2, care este un tip specific de proteină numit factor de transcripție care activează și dezactivează genele în interiorul celulelor.

Una dintre funcțiile importante ale Nrf2 este efectul său antioxidant. Deși diferite boli neurodegenerative apar din diferite procese patologice, ele sunt unite de efectele toxice ale stresului oxidativ asupra neuronilor și altor celule nervoase. Nrf2 combate acest stres toxic în celulele creierului, ajutând la prevenirea dezvoltării bolilor.

Profesorul Jeffrey Johnson de la Universitatea din Wisconsin-Madison School of Pharmacy, împreună cu soția sa Delinda Johnson, un om de știință senior la școală, au studiat Nrf2 ca o țintă promițătoare pentru tratarea bolilor neurodegenerative de zeci de ani. În 2022, familia Johnson și colegii lor au descoperit că creșterea activității Nrf2 într-un anumit tip de celulă cerebrală, astrocitele, ajută la protejarea neuronilor în modelele de șoarece cu Alzheimer, ceea ce duce la o reducere semnificativă. Pierderea memoriei.

Deși cercetările anterioare au sugerat că creșterea activității Nrf2 ar putea fi baza pentru tratarea bolii Alzheimer, oamenii de știință au avut dificultăți în a viza în mod eficient această proteină în creier.

„Este greu să introduci medicamente în creier, dar a fost, de asemenea, foarte dificil să găsești medicamente care să activeze Nrf2 fără multe efecte secundare”, spune Jeffrey Johnson.

Și acum a apărut un nou nanomaterial. Cunoscut ca un polimer asemănător proteinei (PLP), acest material sintetic este conceput pentru a se lega de proteine ca și cum ar fi o proteină în sine. Acest simulator la scară nanometrică a fost creat de o echipă condusă de profesorul de chimie Nathan Giannekshi de la Universitatea Northwestern și membru al Institutului Internațional de Nanotehnologie al universității.

Giannecchi a proiectat mai multe PLP-uri pentru a viza diferite proteine. Acest PLP special este structurat pentru a modifica interacțiunea dintre Nrf2 și o altă proteină numită Keap1. Interacțiunea acestor proteine, sau cale, este o țintă binecunoscută pentru tratamentul multor afecțiuni, deoarece Keap1 controlează când Nrf2 răspunde și combate stresul oxidativ. În condiții normale, Keap1 și Nrf2 sunt legați, dar atunci când este stresat, Keap1 eliberează Nrf2 pentru a-și îndeplini funcția antioxidantă.

„Tocmai în timpul conversației, Nathan și colegii săi de la Grove Biopharma, un startup axat pe țintirea terapeutică a interacțiunilor proteinelor, i-au menționat lui Robert că plănuiau să vizeze Nrf2”, spune Johnson. „Și Robert a spus: „Dacă ai de gând să faci asta, poate vrei să-l suni pe Jeff Johnson.”

În curând, familia Johnson și Giannenchi au discutat despre posibilitatea de a oferi laboratorului de la Universitatea din Wisconsin-Madison modelul de celule cerebrale de șoarece necesare pentru a testa nanomaterialul lui Giannenchi.

Jeffrey Johnson spune că inițial a fost puțin sceptic cu privire la abordarea PLP, având în vedere nefamiliaritatea cu aceasta și dificultatea generală de a viza cu precizie proteinele din celulele creierului.

„Dar apoi unul dintre studenții lui Nathan a venit aici și l-a folosit pe celulele noastre și, omule, a funcționat foarte bine”, spune el. „Atunci chiar am săpat în asta.”

Studiul a constatat că PLP lui Giannenchi a fost foarte eficient în legarea de Keap1, care a eliberat Nrf2 să se acumuleze în nucleii celulari, sporind funcția sa antioxidantă. Important este că a făcut acest lucru fără a provoca efectele secundare nedorite care au afectat alte strategii de activare a Nrf2.

În timp ce această activitate a fost realizată în celule în cultură, Johnson și Giannenchi intenționează acum să facă studii similare pe modele de șoareci ale bolilor neurodegenerative, o cale de cercetare pe care nu s-au așteptat să o urmărească, dar acum sunt încântați să o urmărească.

„Nu avem cunoștințe în domeniul biomaterialelor”, spune Delinda Johnson. „Așa că obținerea acestui lucru de la Northwestern și apoi dezvoltarea în continuare a biologiei aici, la Universitatea din Wisconsin, arată că aceste tipuri de colaborări sunt cu adevărat importante.”