Ang nanomaterial na panggagaya ng protina ay maaaring gamutin ang mga sakit na neurodegenerative

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

Ang mga makabagong resulta, na inilathala kamakailan sa journal Advanced Materials, ay naging posible sa pamamagitan ng pakikipagtulungan ng mga siyentipiko sa University of Wisconsin-Madison at ng mga nanomaterials engineer sa Northwestern University.

Nakatuon ang gawain sa pagbabago ng interaksyon sa pagitan ng dalawang protina na pinaniniwalaang sangkot sa mga sakit gaya ng Alzheimer's disease, Parkinson's disease 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.

Isa sa mga mahalagang function ng Nrf2 ay ang antioxidant effect nito. Bagaman ang iba't ibang mga sakit na neurodegenerative ay nagmumula sa iba't ibang mga proseso ng pathological, sila ay pinagsama ng mga 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 na maiwasan ang pag-unlad ng mga sakit.

Si Propesor Jeffrey Johnson ng University of Wisconsin-Madison School of Pharmacy, kasama ang kanyang asawang si Delinda Johnson, isang senior scientist sa paaralan, ay pinag-aaralan ang Nrf2 bilang isang promising target para sa paggamot sa mga sakit na neurodegenerative sa loob ng mga dekada. 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, mga astrocytes, ay nakakatulong na protektahan ang mga neuron sa mga modelo ng mouse ng Alzheimer's, na nagreresulta sa makabuluhang pagbaba pagkawala ng memorya.

Bagama't 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 na ito sa utak.

"Mahirap magpasok ng mga gamot sa utak, ngunit napakahirap ding maghanap ng mga gamot na nagpapagana sa Nrf2 nang walang maraming side effect," sabi ni Jeffrey Johnson.

At ngayon ay lumitaw ang isang bagong nanomaterial. Kilala bilang isang protein-like polymer (PLP), ang sintetikong materyal na ito ay idinisenyo upang magbigkis sa mga protina na parang ito ay isang protina mismo. Ang nanoscale simulator na ito ay ginawa ng isang team na pinamumunuan ng chemistry professor na si Nathan Giannekshi mula sa Northwestern University at isang miyembro ng International Institute of Nanotechnology ng unibersidad.

Nagdisenyo si Giannecchi ng ilang PLP upang i-target ang iba't ibang mga protina. Ang partikular na PLP ay nakabalangkas 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 nakatali, ngunit kapag na-stress, ang Keap1 ay naglalabas ng Nrf2 upang maisagawa ang antioxidant function nito.

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

Di-nagtagal, tinalakay ng Johnsons at Giannenchi ang posibilidad ng pagbibigay sa University of Wisconsin-Madison lab ng mga selula ng utak ng modelo ng mouse na kailangan upang subukan ang nanomaterial ni 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 pumunta dito ang isa sa mga estudyante ni Nathan at ginamit ito sa aming mga cell, at, tao, talagang gumana ito," sabi niya. "Pagkatapos ay talagang hinukay namin ito."

Natuklasan ng pag-aaral na ang PLP ni Giannenchi ay lubos na epektibo sa pagbubuklod sa Keap1, na nagpalaya sa Nrf2 na maipon sa cell nuclei, na nagpapataas ng antioxidant function nito. Ang mahalaga, ginawa nito ito nang hindi nagdulot ng mga hindi gustong epekto na sumakit sa iba pang mga diskarte sa pag-activate ng Nrf2.

Habang ginagawa ang gawaing ito sa mga cell sa kultura, pinaplano na ngayon nina Johnson at Giannenchi na magsagawa ng mga katulad na pag-aaral sa mga modelo ng mouse ng mga neurodegenerative na sakit, isang paraan ng pananaliksik na hindi nila inaasahang ituloy ngunit nasasabik na silang ituloy.

"Wala kaming background sa 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 University of Wisconsin ay nagpapakita na ang mga ganitong uri ng pakikipagtulungan ay talagang mahalaga."