Наноматериал, имитиращ протеин, може да лекува невродегенеративни заболявания

Нов наноматериал, който имитира поведението на протеини, може да се превърне в ефективно лечение на болестта на Алцхаймер и други невродегенеративни заболявания. Този наноматериал променя взаимодействието между два ключови протеина в мозъчните клетки, което може да има мощен терапевтичен ефект.

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

Работата се фокусира върху промяна на взаимодействието между два протеина, за които се смята, че участват в заболявания като болестта на Алцхаймер, болестта на Паркинсон и амиотрофичната латерална склероза (ALS).

Първият протеин се нарича Nrf2, който е специфичен тип протеин, наречен транскрипционен фактор, който включва и изключва гените 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 токсичните ефекти на оксидативния стрес върху невроните и другите нервни клетки. Nrf2 се бори с този токсичен стрес в мозъчните клетки, като помага за предотвратяване на развитието на болести.

Професор Джефри Джонсън от Факултета по фармация на Университета на Уисконсин-Медисън, заедно със съпругата си Делинда Джонсън, старши учен в училището, изучават Nrf2 като обещаваща цел за лечение на невродегенеративни заболявания в продължение на десетилетия. През 2022 г. Джонсън и техните колеги откриха, че увеличаването на активността на Nrf2 в определен тип мозъчни клетки, астроцитите, помага за защитата на невроните в миши модели на Болестта на Алцхаймер, което води до значително намаляване загуба на памет.

Въпреки че предишни изследвания предполагат, че увеличаването на активността на Nrf2 може да бъде основата за лечение на болестта на Алцхаймер, учените са имали затруднения при ефективното насочване на този протеин в мозъка.

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

И сега се появи нов наноматериал. Известен като протеиноподобен полимер (PLP), този синтетичен материал е предназначен да се свързва с протеини, сякаш самият той е протеин. Този наномащабен симулатор е създаден от екип, ръководен от професора по химия Нейтън Джанекши от Северозападния университет и член на Международния институт по нанотехнологии на университета.

Giannecchi е проектирал няколко PLP за насочване към различни протеини. Този конкретен PLP е структуриран да променя взаимодействието между Nrf2 и друг протеин, наречен Keap1. Взаимодействието на тези протеини или пътя е добре позната цел за лечение на много състояния, тъй като Keap1 контролира кога Nrf2 реагира и се бори с оксидативния стрес. При нормални условия Keap1 и Nrf2 са свързани, но при стрес Keap1 освобождава Nrf2, за да изпълни своята антиоксидантна функция.

„В хода на разговор Нейтън и колегите му от Grove Biopharma, стартираща компания, фокусирана върху терапевтично насочване на протеиновите взаимодействия, споменаха на Робърт, че планират да се насочат към Nrf2“, казва Джонсън. „И Робърт каза: „Ако смяташ да правиш това, може да се обадиш на Джеф Джонсън.“

Скоро Джонсън и Джаненчи обсъждаха възможността да предоставят на лабораторията на Университета на Уисконсин-Медисън мозъчните клетки от миши модел, необходими за тестване на наноматериала на Джаненчи.

Джефри Джонсън казва, че първоначално е бил малко скептичен към подхода на PLP, предвид незапознатостта му с него и общата трудност при прецизното насочване на протеини в мозъчните клетки.

„Но тогава един от учениците на Нейтън дойде тук и го използва върху клетките ни и, човече, сработи наистина добре“, казва той. „Тогава наистина се заровихме в това.“

Проучването установи, че PLP на Giannenchi е много ефективен при свързване с Keap1, което освобождава Nrf2 да се натрупва в клетъчните ядра, засилвайки неговата антиоксидантна функция. Важното е, че го направи, без да причини нежеланите странични ефекти, които са измъчвали други стратегии за активиране на Nrf2.

Докато тази работа беше извършена в клетки в култура, Джонсън и Джаненчи сега планират да направят подобни проучвания върху миши модели на невродегенеративни заболявания, път на изследване, който не са очаквали да продължат, но сега са развълнувани да продължат.

„Нямаме опит в биоматериалите“, казва Делинда Джонсън. „Така че получаването на това от Northwestern и след това по-нататъшното развитие на биологичната страна тук, в Университета на Уисконсин, показва, че тези видове сътрудничество са наистина важни.“