Ang nanomaterial na gumagaya sa mga protina ay maaaring gumamot sa mga sakit na neurodegenerative

Ang isang bagong nanomaterial na ginagaya ang pag-uugali ng mga protina ay maaaring maging isang epektibong paggamot para sa Alzheimer's at iba pang mga sakit na neurodegenerative. Binabago ng nanomaterial ang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng dalawang pangunahing protina sa mga selula ng utak, na maaaring magkaroon ng isang malakas na therapeutic effect.

Ang mga makabagong resulta, na inilathala kamakailan sa journal Advanced na Materyales, ay naging posible sa pamamagitan ng pakikipagtulungan sa pagitan ng mga siyentipiko mula sa Unibersidad ng Wisconsin-Madison at mga inhinyero ng nanomaterial mula sa Northwestern University.

Nakatuon ang gawain sa pagbabago ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng dalawang protina na pinaniniwalaang kasangkot sa pagbuo ng mga sakit tulad ng Alzheimer's, Parkinson's at amyotrophic lateral sclerosis (ALS).

Ang unang protina ay tinatawag na Nrf2, na isang partikular na uri ng protina na tinatawag na transcription factor na nagpapa-on at off ng mga gene sa loob ng mga cell.

Ang isa sa mga mahalagang function ng Nrf2 ay ang antioxidant effect nito. Bagaman ang iba't ibang mga sakit sa neurodegenerative ay nagmumula sa iba't ibang mga proseso ng pathological, sila ay pinagsama ng nakakalason na epekto ng oxidative stress sa mga neuron at iba pang mga nerve cells. Nilalabanan ng Nrf2 ang nakakalason na stress na ito sa mga selula ng utak, na tumutulong upang maiwasan ang pag-unlad ng mga sakit.

Si Propesor Jeffrey Johnson ng University of Wisconsin-Madison School of Pharmacy at ang kanyang asawa, si Delinda Johnson, isang senior research scientist sa parehong paaralan, ay nag-aaral ng Nrf2 sa loob ng mga dekada bilang isang promising target para sa pagpapagamot ng mga neurodegenerative na sakit. Noong 2022, natuklasan ng Johnsons at ng kanilang mga kasamahan na ang pagtaas ng aktibidad ng Nrf2 sa isang partikular na uri ng brain cell, ang mga astrocytes, ay nakakatulong na protektahan ang mga neuron sa mga mouse model ng Alzheimer's disease, na humahantong sa makabuluhang pagbawas ng memory loss.

Habang iminungkahi ng nakaraang pananaliksik na ang pagtaas ng aktibidad ng Nrf2 ay maaaring maging batayan para sa paggamot sa Alzheimer's disease, nahirapan ang mga siyentipiko na epektibong i-target ang protina sa utak.

"Mahirap ipasok ang mga gamot sa utak, ngunit napakahirap din na makahanap ng mga gamot na nagpapagana sa Nrf2 nang walang maraming epekto," sabi ni Jeffrey Johnson.

Ngayon ay dumating ang isang bagong nanomaterial. Kilala bilang isang protein-like polymer (PLP), ang sintetikong materyal ay idinisenyo upang magbigkis sa mga protina na parang ito ay isang protina mismo. Ang nanoscale mimic na ito ay nilikha ng isang team na pinamumunuan ni Nathan Giannenchi, isang propesor ng chemistry sa Northwestern University at isang miyembro ng International Nanoscience Institute ng unibersidad.

Nagdisenyo si Giannecchi ng ilang mga PLP upang i-target ang iba't ibang mga protina. Ang partikular na PLP na ito ay idinisenyo upang baguhin ang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng Nrf2 at isa pang protina na tinatawag na Keap1. Ang pakikipag-ugnayan ng mga protina na ito, o pathway, ay isang kilalang target para sa paggamot ng maraming kundisyon dahil kinokontrol ng Keap1 kapag tumugon ang Nrf2 at nilalabanan ang oxidative stress. Sa ilalim ng normal na mga kondisyon, ang Keap1 at Nrf2 ay nauugnay, ngunit kapag na-stress, ang Keap1 ay naglalabas ng Nrf2 upang maisagawa ang antioxidant function nito.

"Sa kurso lamang ng isang pag-uusap na binanggit ni Nathan at ng kanyang mga kasamahan sa Grove Biopharma, isang startup na nakatuon sa therapeutic targeting ng mga pakikipag-ugnayan sa protina, kay Robert na pinaplano nilang i-target ang Nrf2," sabi ni Johnson. "At sinabi ni Robert, 'Kung gagawin mo iyon, dapat mong tawagan si Jeff Johnson.'"

Di-nagtagal, tinalakay nina Johnson at Giannenchi ang posibilidad ng University of Wisconsin-Madison lab na nagbibigay ng mga selula ng utak ng mga modelo ng mouse na kailangan upang subukan ang nanomaterial ng Giannenchi.

Sinabi ni Jeffrey Johnson na sa una ay medyo nag-aalinlangan siya sa diskarte ng PLP, dahil sa hindi niya pamilyar dito at sa pangkalahatang kahirapan sa tiyak na pag-target ng mga protina sa mga selula ng utak.

"Ngunit pagkatapos ay dumating dito ang isa sa mga mag-aaral ni Nathan at ginamit ito sa aming mga cell, at, sumpain, ito ay gumana nang mahusay," sabi niya. "Pagkatapos ay talagang hinukay namin ito."

Natuklasan ng pag-aaral na ang PLP ni Giannecchi ay lubos na epektibo sa pagbubuklod sa Keap1, na nagpapalaya sa Nrf2 upang maipon sa cell nuclei, na nagpapahusay sa paggana ng antioxidant nito. Mahalaga, ginawa ito nang hindi nagdulot ng mga hindi gustong epekto na nakakasagabal sa iba pang mga diskarte sa pag-activate ng Nrf2.

Bagama't ang gawaing ito ay ginawa sa mga selula sa kultura, pinaplano na ngayon nina Johnson at Giannecchi na magsagawa ng mga katulad na pag-aaral sa mga modelo ng mouse ng mga sakit na neurodegenerative, isang linya ng pananaliksik na hindi nila inaasahang ituloy ngunit ngayon ay nasasabik na ituloy.

"Wala kaming kadalubhasaan sa paggawa ng mga biomaterial," sabi ni Delinda Johnson. "Kaya ang pagkuha nito mula sa Northwestern at pagkatapos ay higit pang pagbuo ng bahagi ng biology dito sa Unibersidad ng Wisconsin ay nagpapakita na ang mga ganitong uri ng pakikipagtulungan ay talagang mahalaga."