Vědci reverzní Alzheimerovy choroby u myší pomocí nanočástic

Výzkumný tým, který spolupracoval Institutem pro bioinženýrství Katalánska (IBEC) a nemocnice West China Hospital Sichuan University (WCHSU), který spolupracuje s partnery ve Velké Británii, prokázal nanotechnologickou strategii, která zvrátí Alzheimerovu chorobu u myší.

Na rozdíl od tradiční nanomedicíny, která se spoléhá na nanočástice jako nosiče terapeutických molekul, tento přístup využívá nanočástice, které jsou samy o sobě bioaktivní: „supramolekulární léky“. Práce byla zveřejněna v Transdukce signálu a cílená terapie.

Namísto přímého cílení na neurony, terapie obnovuje správnou funkci hematoencefalické bariéry (BBB), vaskulárního brázdy, který reguluje prostředí mozku. Opravou tohoto kritického rozhraní vědci dosáhli obrácení Alzheimerovy patologie u zvířecích modelů.

Mozek je nejdražší orgán těla a konzumuje 20% energie u dospělých a až 60% u dětí. Tato energie přichází obrovským přívodem krve, zajištěným jedinečným a hustým vaskulárním systémem, kde je každý neuron vyživován jednou kapilárou.

Mozek obsahuje přibližně jednu miliardu kapilár, což zdůrazňuje zásadní roli mozkové vaskulatury při udržování zdraví a boje proti nemoci. Tato zjištění zdůrazňují klíčovou roli vaskulárního zdraví, zejména u nemocí, jako je demence a Alzheimerova choroba, kde je kompromitovaný vaskulární systém úzce propojen.

BBB je buněčná a fyziologická bariéra, která odděluje mozek od průtoku krve, aby jej chránila před vnějšími nebezpečími, jako jsou patogeny nebo toxiny.

Tým prokázal, že cílení na specifický mechanismus umožňuje nežádoucí „odpadní proteiny“ produkované v mozku projít touto bariérou a být odstraněn při průtoku krve. U Alzheimerovy choroby je hlavním „odpadem“ proteinem amyloid-P (Ap), jehož akumulace narušuje normální fungování neuronů.

Vědci používali myší modely, které jsou geneticky programovány tak, aby produkovaly větší množství Ap proteinu a vyvinuly významný kognitivní pokles napodobující Alzheimerovu patologii. Podávali pouze tři dávky supramolekulárních léčiv a poté pravidelně sledovali vývoj nemoci.

„Pouze hodinu po injekci jsme pozorovali snížení o 50–60% v množství Ap uvnitř mozku,“ vysvětluje Junyang Chen, první spoluautor studie, výzkumný pracovník v nemocnici West China na Sichuan University a Ph.D. Student na University College London (UCL).

Nejvýraznější data byla Terapeutické účinky. Vědci provedli různé experimenty, aby analyzovali chování zvířat a měřili pokles jejich paměti v průběhu několika měsíců a pokrývali všechny fáze nemoci.

V jednom z experimentů ošetřili 12měsíční myš (ekvivalentní 60letému člověku) nanočásticemi a po šesti měsících analyzovali jeho chování. Výsledek byl působivý: zvíře ve věku 18 měsíců (srovnatelné s 90letým člověkem) získalo chování zdravé myš.

„The long-term effect comes from restoring the brain’s vasculature. We think it works like a cascade: when toxic species such as amyloid-beta (Aβ) accumulate, disease progresses. But once the vasculature is able to function again, it starts clearing Aβ and other harmful molecules, allowing the whole system to recover its balance,“ said Giuseppe Battaglia, ICREA Research Professor at IBEC, Principal Investigator skupiny molekulární bioniky a vůdce studie.

„Pozoruhodné je, že naše nanočástice působí jako lék a zdá se, že aktivují mechanismus zpětné vazby, který tuto odbavovou cestu vrací zpět na normální úroveň.“

Amyloidní β clearance z mozku

U Alzheimerovy choroby je jedním z klíčových problémů, že přirozený systém clearance mozku pro toxické druhy, jako je amyloid-p, přestane správně fungovat.

Normálně protein LRP1 působí jako molekulární strážce: rozpoznává Ap, váže se na něj prostřednictvím ligandů a trajekty ho přes Bariéra krvavého mlat do krevního řečiště, kde může být odstraněn. Tento systém je však křehký. Pokud se LRP1 příliš váže příliš a příliš pevně Ap, transportní ucpávky a protein se samotný degraduje uvnitř mozkových bariérových buněk, přičemž méně dostupných „nosičů“ LRP1 zůstane méně.

Na druhé straně, pokud se váže příliš málo, je signál příliš slabý na to, aby spustil transport. V obou případech je výsledek stejný: Ap se hromadí uvnitř mozku.

Supramolekulární léky vyvinuté v této práci fungují jako přepínač, který resetuje systém. Napodobováním ligandů LRP1 se mohou vázat na Ap, překročit bariéru krve a mozkem a zahájit proces odstraňování toxických druhů z mozku. Přitom pomáhají obnovit přirozenou roli vaskulatury jako cesty čištění odpadu a přivést ji zpět ke správné funkci.

Nanočástice k léčbě Alzheimerovy choroby

V této studii vědci zavádějí nanočástice, které působí jako supramolekulární léčiva, terapeutická činidla sama o sobě spíše než nosiče léků.

Tyto nanočástice, navržené s molekulárním inženýrským přístupem zdola nahoru, kombinují přesnou kontrolu velikosti s definovaným počtem povrchových ligandů a vytvářejí multivalentní platformu schopnou interagovat s buněčnými receptory vysoce specifickým způsobem. Zapojením obchodování s receptorem na buněčné membráně otevírají jedinečný a nový způsob modulace funkce receptoru.

Tato přesnost umožňuje nejen efektivní clearance amyloidu-p z mozku, ale také obnovuje rovnováhu do cévního systému, který udržuje zdravou funkci mozku.

Toto inovativní terapeutické paradigma nabízí slibnou cestu pro vývoj účinných klinických intervencí, řešení vaskulárních příspěvků k Alzheimerově chorobě a v konečném důsledku zvyšování výsledků pacienta.

„Naše studie prokázala pozoruhodnou účinnost při dosahování rychlé clearance Ap, obnovení zdravé funkce v bariéře a molebéře a vedení k výraznému zvrácení Alzheimerovy patologie,“ uzavírá Lorena Ruiz Perez, výzkumník v molekulární biologické skupině (ub. Unb (ub).

Studie byla spoluprací mezi Institutem pro bioinženýrství Catalunya (IBEC), nemocnice v západní Číně na Sichuan University, West China Xiamen Hospital of Sichuan University, University College London, Xiamen Key Laboratory of Psychoradiology and Neuromodulation pro výzkum (ICREA) (ICREA).