מדענים מאוניברסיטת נורת'ווסטרן פיתחו גישה חדשה הנלחמת ישירות בהתקדמות של מחלות ניווניות כמו מחלת אלצהיימר וטרשת רוחבית אמיוטרופית (ALS).
במחלות הרסניות אלה, חלבונים מתקפלים ומגבירים לא נכון את תאי המוח, מה שמוביל בסופו של דבר למוות של תאים. הטיפול החדשני החדשני לוכד ביעילות את החלבונים לפני שהם יכולים לצבור למבנים הרעילים המסוגלים לחדור לנוירונים. החלבונים שנלכדו אז מתפזרים בגוף.
אסטרטגיית "הניקוי" הגבירה משמעותית את הישרדותם של נוירונים אנושיים מגדלים במעבדה תחת לחץ מחלבונים הגורמים למחלות.
המחקר המיועד למאמר של עורך ACS, המחקר יפורסם ב- 14 במאי ב כתב העת של החברה הכימית האמריקאית.
המחקר שלנו מדגיש את הפוטנציאל המרגש של ננו -חומרים מהונדסים מולקולריים כדי לטפל בגורמי השורש למחלות ניווניות. ברבות מהמחלות הללו, חלבונים מאבדים את המבנה המקופל התפקודי שלהם ומצטבר לייצור סיבים הרסניים שנכנסים לנוירונים ורעילים להם מאוד.
על ידי לכידת החלבונים המקופלים שגויים, הטיפול שלנו מעכב את היווצרותם של אותם סיבים בשלב מוקדם. בשלב מוקדם, סיבי עמילואיד קצרים, החודרים לנוירונים, מאמינים כי הם המבנים הרעילים ביותר. עם עבודה נוספת, אנו חושבים שזה יכול לעכב משמעותית את התקדמות המחלה. "
סמואל I. Stupp של נורת'ווסטרן, הסופר הבכיר של המחקר
חלוץ ברפואה רגנרטיבית, סטופ הוא מועצת הנאמנים למדעי חומרים והנדסה, כימיה, רפואה והנדסה ביו -רפואית בנורת'ווסטרן, שם יש לו פגישות בבית הספר להנדסה מק'קורמיק, מכללת וויינברג למדעים ומדעים ובבית הספר לרפואה פיינברג. הוא גם המנהל המייסד של המרכז לננו -רפואה מחודשת (CRN). זיג'ון גאו, דוקטורט. המועמד במעבדה של סטופ, הוא המחבר הראשון של העיתון.
קבוצת סטופ הובילה את פיתוח ואפיונם של החומרים הטיפוליים החדשים. הסופר המשותף לתאם זיידה אלווארז – חוקר במכון להנדסה ביולוגית של קטלוניה (IBEC) בספרד, לשעבר עמית פוסט -דוקטורט במעבדה ובמחקרה הביקור הנוכחי של סטופ ב- CRN – בדיקות הוביל את הטיפולים בנוירונים אנושיים.
פיתרון מצופה סוכר
על פי נתוני ארגון הבריאות העולמי, עד 50 מיליון אנשים ברחבי העולם עשויים להפרעה עצבית. מרבית המחלות הללו מאופיינות על ידי הצטברות של חלבונים מקופלים לא נכון במוח, מה שמוביל לאובדן מתקדם של נוירונים. בעוד שהטיפולים הנוכחיים מציעים הקלה מוגבלת, נותר צורך קשה בטיפולים חדשים.
כדי להתמודד עם אתגר זה, החוקרים פנו למעמד של אמפיפילים פפטיד, שחלפו על ידי מעבדת סטופ, המכילים שרשראות משתנות של חומצות אמינו. פפטיד אמפיפילס משמש כבר בתרופות ידועות כולל סמגלוטיד, או אוזמפי. למעשה, החוקרים הצפון -מערביים פיתחו מולקולה דומה בשנת 2012 שהגדילו את ייצור האינסולין.
"היתרון של תרופות מבוססות פפטיד הוא שהם משפילים לחומרים מזינים", אמר סטופ. "המולקולות ברומן הרומן הזה מושג טיפולי מתפרקות לשומנים לא מזיקים, חומצות אמינו וסוכרים. זה אומר שיש פחות תופעות לוואי שליליות."
במהלך השנים, קבוצת המחקר של סטופ עיצבה חומרים רבים מבוססי פפטיד למטרות טיפוליות שונות. כדי לפתח אמפיפיל פפטיד לטיפול במחלות ניווניות, הצוות שלו הוסיף מרכיב נוסף: סוכר טבעי שנקרא טרלהוז.
"Trehalose מתרחש באופן טבעי בצמחים, פטריות וחרקים", אמר גאו. "זה מגן עליהם מפני שינוי טמפרטורות, במיוחד התייבשות והקפאה. אחרים גילו שטררהוזה יכולה להגן על מקרומולקולות ביולוגיות רבות, כולל חלבונים. אז, רצינו לראות אם נוכל להשתמש בו כדי לייצב חלבונים שלא היו מקופלים."
חוסר יציבות הוא המפתח
כאשר מתווספים למים, הפפטיד אמפיפילס הורכב בעצמו לננו-סיבים מצופים בטרלהוז. באופן מפתיע, הטרלהוז יצר את הננו -סיבים. למרות שזה נראה אינטואיטיבי, ירידה זו היציבה הציגה השפעה מועילה.
כשלעצמם, הננו -סיבים חזקים ומסודרים היטב – ועמידים לארגן מחדש את המבנה שלהם. זה מקשה על מולקולות אחרות, כמו חלבונים שלא היו מקופלים, להשתלב בסיבים. לעומת זאת, סיבים פחות יציבים הפכו דינאמיים יותר – וסביר יותר למצוא אינטראקציה עם חלבונים רעילים.
"מכלולים לא יציבים של מולקולות מגיבים מאוד", אמר סטופ. "הם רוצים לקיים אינטראקציה ולקשר למולקולות אחרות. אם הננו -סיבים היו יציבים, הם היו מתעלמים בשמחה מכל מה שסביבם."
בחיפוש אחר יציבות, ננו-סיבים קשורים לחלבוני עמילואיד-בטא, אשם מפתח המעורב במחלת אלצהיימר. אבל הננו-סיבים לא סתם עצרו את חלבוני העמילואיד-בטא להתגבש יחד. הננו -סיבים שילבו באופן מלא את החלבונים במבנים סיביים משלהם – לוכדים אותם לצמיתות לחוטים יציבים.
"ואז, זה כבר לא סיב אמפיפיל פפטיד יותר," אמר סטופ. "אבל מבנה היברידי חדש הכולל גם את הפפטיד אמפיפייל וגם חלבון העמילואיד-בטא. המשמעות היא שחלבוני העמילואיד-בטא המגעילים, שהיו יוצרו סיבי עמילואיד, הם לכודים. הם כבר לא יכולים לחדור לנוירונים ולהרוג אותם. זה דומה לצוות ניקוי לחלבונים לא מופרזים.
"זהו מנגנון חדשני להתמודד עם התקדמות של מחלות ניווניות, כמו אלצהיימר, בשלב מוקדם יותר. טיפולים נוכחיים מסתמכים על ייצור נוגדנים לסיבי עמילואידים מעוצבים היטב."
שיפור הישרדות הנוירונים
כדי להעריך את הפוטנציאל הטיפולי של הגישה החדשה, המדענים ערכו בדיקות מעבדה באמצעות נוירונים אנושיים הנגזרים מתאי גזע. התוצאות הראו כי ננו-סיבים מצופים טרלהוז שיפרו משמעותית את הישרדותם של נוירונים מוטוריים וקליפת המוח כאשר הם נחשפו לחלבון העמילואיד-בטא הרעיל.
סטופ אומר כי הגישה הרומנטית של שימוש בננו -סיבים לא יציבים ללכוד חלבונים מציעה דרך מבטיחה לפיתוח טיפולים חדשים ויעילים עבור אלצהיימר, ALS ותנאים עצביים אחרים. בדומה לטיפולי סרטן משלבים טיפולים מרובים – כמו כימותרפיה וניתוחים או טיפול הורמונלי והקרנות – אמר סטופ כי הננוותרפיה עשויה להיות היעילה ביותר בשילוב עם טיפולים אחרים.
"הטיפול שלנו עשוי לעבוד בצורה הטובה ביותר כאשר מיקוד למחלות בשלב מוקדם יותר – לפני שחלבונים מצטברים נכנסים לתאים", אמר סטופ. "אבל זה מאתגר לאבחן מחלות אלה בשלבים מוקדמים. לכן ניתן היה לשלב את זה עם טיפולים שמכוונים לתסמיני המחלה המאוחרים יותר של המחלה. ואז זה יכול להיות וואמי כפול."
המחקר, "קופולימרריזציה סופרמולקולרית של אמפיפיליות גליקופפטיד ופפטידים עמילואידים משפר את הישרדות הנוירונים", נתמך על ידי המרכז לננו -רפואה מחודשת, המכון לתהליכי החיים, משרד המדע הספרדי של האירופי, המכון הלאומי של המכון הלאומי.
