Наноматериал, който имитира протеини, може да лекува невродегенеративни заболявания

Нов наноматериал, който имитира поведението на протеините, може да бъде ефективно лечение за болестта на Алцхаймер и други невродегенеративни заболявания. Наноматериалът променя взаимодействието между два ключови протеина в мозъчните клетки, което би могло да има мощен терапевтичен ефект.

Иновативните резултати, публикувани наскоро в списанието Advanced Materials, са постигнати благодарение на сътрудничеството между учени от Университета на Уисконсин-Мадисън и инженери по наноматериали от Северозападния университет.

Работата се фокусира върху промяната на взаимодействието между два протеина, за които се смята, че участват в развитието на заболявания като Алцхаймер, Паркинсон и амиотрофична латерална склероза (АЛС).

Първият протеин се нарича Nrf2, който е специфичен вид протеин, наречен транскрипционен фактор, който включва и изключва гени вътре в клетките.

Една от важните функции на Nrf2 е неговият антиоксидантен ефект. Въпреки че различните невродегенеративни заболявания възникват от различни патологични процеси, те са обединени от токсичния ефект на оксидативния стрес върху невроните и други нервни клетки. Nrf2 се бори с този токсичен стрес в мозъчните клетки, като помага за предотвратяване на развитието на заболявания.

Професор Джефри Джонсън от Фармацевтичния факултет на Университета на Уисконсин-Мадисън и съпругата му Делинда Джонсън, старши научен сътрудник в същия факултет, изучават Nrf2 от десетилетия като обещаваща цел за лечение на невродегенеративни заболявания. През 2022 г. семейство Джонсън и техните колеги откриха, че повишаването на активността на Nrf2 в специфичен тип мозъчни клетки, астроцити, помага за защитата на невроните в миши модели на болестта на Алцхаймер, което води до значително намаляване на загубата на памет.

Докато предишни изследвания предполагаха, че повишаването на активността на Nrf2 може да бъде основата за лечение на болестта на Алцхаймер, учените срещаха трудности с ефективното насочване към протеина в мозъка.

„Трудно е да се вкарат лекарства в мозъка, но също така е много трудно да се намерят лекарства, които активират Nrf2 без много странични ефекти“, казва Джефри Джонсън.

Сега се появи нов наноматериал. Известен като протеиноподобен полимер (PLP), синтетичният материал е проектиран да се свързва с протеини, сякаш самият той е протеин. Този наномащабен имитатор е създаден от екип, ръководен от Нейтън Джаненчи, професор по химия в Северозападния университет и член на Международния институт по нанонауки към университета.

Джанеки е проектирал няколко PLP, насочени към различни протеини. Този конкретен PLP е предназначен да промени взаимодействието между Nrf2 и друг протеин, наречен Keap1. Взаимодействието на тези протеини, или път, е добре позната цел за лечение на много състояния, тъй като Keap1 контролира кога Nrf2 реагира на оксидативния стрес и се бори с него. При нормални условия Keap1 и Nrf2 са свързани, но когато е под стрес, Keap1 освобождава Nrf2, за да изпълнява своята антиоксидантна функция.

„Точно по време на разговор Нейтън и колегите му от Grove Biopharma, стартираща компания, фокусирана върху терапевтичното насочване на протеиновите взаимодействия, споменаха на Робърт, че планират да се насочат към Nrf2“, казва Джонсън. „И Робърт каза: „Ако ще правите това, трябва да се обадите на Джеф Джонсън.“

Скоро Джонсън и Джаненки обсъждаха възможността лабораторията на Университета на Уисконсин-Мадисън да осигури мозъчните клетки на миши модели, необходими за тестване на наноматериала на Джаненки.

Джефри Джонсън казва, че първоначално е бил донякъде скептичен към подхода на PLP, предвид непознаването му и общата трудност при прецизното насочване към протеините в мозъчните клетки.

„Но тогава един от учениците на Нейтън дойде тук и го използва на нашите мобилни телефони и, по дяволите, проработи наистина добре“, казва той. „Тогава наистина се задълбочихме в това.“

Проучването установи, че PLP на Джанеки е високоефективен при свързване с Keap1, освобождавайки Nrf2 да се натрупва в клетъчните ядра, засилвайки антиоксидантната му функция. Важно е, че това се случва без да причинява нежелани странични ефекти, които пречат на други стратегии за активиране на Nrf2.

Въпреки че тази работа е извършена върху клетки в култура, Джонсън и Джанеки сега планират да проведат подобни изследвания върху миши модели на невродегенеративни заболявания, линия на изследване, която не са очаквали да преследват, но сега са развълнувани да преследват.

„Нямаме експертния опит да се занимаваме с биоматериали“, казва Делинда Джонсън. „Така че получаването на това от Northwestern и последващото развитие на биологичната страна тук, в Университета на Уисконсин, показва, че този вид сътрудничество е наистина важно.“