کشفی امیدوارکننده برای آلزایمر/ نانوذراتی که سلول های مغز را به نورون تبدیل می کنند

فرارو- اختلالات عصبی مانند بیماری آلزایمر (AD) تا حد زیادی غیرقابل درمان هستند زیرا مغز بزرگسالان فاقد ظرفیت جایگزینی نورون‌های از دست رفته است. درمان‌های موجود ممکن است پیشرفت بیماری را کند کنند، اما نمی‌توانند اتصالات آسیب‌دیده‌ای را که باعث نارسایی شناختی می‌شوند، بازسازی کنند. در اینجا، یک استراتژی غیر ژنومی مبتنی بر مواد زیستی را معرفی می‌شود که از انعطاف‌پذیری ذاتی آستروسیت‌ها برای بازسازی نورون‌های عملکردی مستقیماً در مغز بیمار استفاده می‌کند.

به گزارش فرارو به نقل از مجله Cell Biomaterials، پژوهشگران به سرپرستی پی شنگ شو (Peisheng Xu)، استاد داروسازی در دانشگاه کارولینای جنوبی، نشان داده اند که این فناوری می تواند از سد خونی-مغزی عبور کرده و خود را به سلول هایی به نام آستروسیت برساند؛ سلول هایی ستاره ای شکل که تعداد زیادی از آنها در سیستم عصبی مرکزی وجود دارند و نقش مهمی در پشتیبانی از نورون ها ایفا می کنند.

پلتفرم Nano-ERASER آنتی‌بادی‌ها را از سد خونی مغزی عبور می‌دهد و به تخریب درون سلولی قوی و اختصاصی آستروسیت‌ها از PTBP1، یک مانع مولکولی برای هویت عصبی، دست می‌یابد. این تخلیه پروتئین هدفمند، تبدیل قوی آستروسیت به نورون را آغاز می‌کند، نوروژنز هیپوکامپ را بازیابی می‌کند و اختلالات شناختی را در موش‌های مبتلا به آلزایمر معکوس می‌کند. 

تخریب عصبی در AD از ظرفیت ذاتی مغز برای ترمیم پیشی می‌گیرد. برنامه‌ریزی مجدد آستروسیت به نورون (AtN) اخیراً به عنوان یک استراتژی احیاکننده جذاب ظهور کرده است، زیرا آستروسیت‌ها که فراوان، دارای توزیع منطقه‌ای و تکثیرپذیر هستند، یک مخزن سلولی درون‌زا را نشان می‌دهند که از آن می‌توان نورون‌های جدید را در محل تولید کرد. ۱۰.۱۱ در میان اهداف مولکولی پیشنهاد شده برای القای تبدیل AtN، پروتئین متصل‌شونده به مسیر پلی‌پیریمیدین ۱ (PTBP1) توجه ویژه‌ای را به خود جلب کرده است. PTBP1 یک پروتئین متصل‌شونده به RNA است که برنامه‌های پیرایش غیرعصبی را حفظ می‌کند. کاهش تنظیم آن، نشانه‌ای از تمایز عصبی در طول رشد است. ۱۲ مطالعات اولیه گزارش دادند که سرکوب PTBP1 در آستروسیت‌ها یا سایر گلیاها می‌تواند برنامه‌های رونویسی عصبی را آغاز کند و سلول‌هایی شبیه نورون‌های عملکردی را در مدل‌های بیماری پارکینسون و آسیب شبکیه تولید کند، که شور و شوق زیادی را برای PTBP1 به عنوان یک گره برنامه‌ریزی مجدد تک عاملی ایجاد کرد. ۱۳.۱۴، ۱۵ با این حال، مطالعات بعدی ردیابی دودمان، نتایج متناقضی را به همراه داشت که نشان می‌دهد کاهش PTBP1 به تنهایی ممکن است برای ایجاد تبدیل واقعی AtN در مغز پستانداران بالغ کافی نباشد و نگرانی‌هایی را ایجاد کرد که برخی از تبدیل‌های گزارش شده، نشان‌دهنده نشت پروموتر ویروسی به نورون‌های از پیش موجود هستند.

۱۶.۱۷، ۱۸ این اختلافات نشان می‌دهد که ممکن است کاهش به موقع PTBP1 برای آزادسازی صلاحیت برنامه‌ریزی مجدد عصبی مورد نیاز باشد. بنابراین، فعال‌سازی مؤثر هویت عصبی در آستروسیت‌ها از طریق کاهش PTBP1 همچنان یک چالش مهم و حل نشده در نوروبیولوژی ترمیمی، به ویژه در شرایط مرتبط با بیماری است. 

در این مقاله، طراحی، تعیین ویژگی‌ها و ارزیابی پیش‌بالینی سامانه نانوذره‌ای «Trim-Away» خود را برای کاهش سطح پروتئین PTBP1 در آستروسیت‌ها گزارش می‌دهد (شکل ۱A) و ظرفیت آن را برای القای فنوتیپ‌های شبه‌نورونی و بازیابی عملکرد مدارهای عصبی در مدل‌های تجربی مرتبط با بیماری آلزایمر (AD) بررسی می‌شود. این مطالعه در چارچوب بحث‌های کنونی پیرامون بازبرنامه‌ریزی (reprogramming) با واسطه PTBP1 و ضرورت بالینیِ گسترده‌تر برای توسعه درمان‌های بازساختی که مکمل راهکارهای اصلاح‌کننده روند بیماری آلزایمر باشند، تدوین شده است. پلتفرم «Nano-ERASER» به جای سرکوب PTBP1 در سطح رونویسی، این پروتئین را مستقیماً در سطح پروتئین و از طریق مکانیسم «Trim-Away» با واسطه TRIM21 که یک سازوکار سریع و برگشت‌پذیر تخریب پروتئازومی است کاهش می‌دهد. مطالعات مکانیسمی پیشین نشان داده‌اند که PTBP1 به‌طور معمول بیان کارآمد PTBP2 را از طریق پیرایش (splicing) جایگزینِ همراه با فرایند «تخریب با واسطه کدون‌های پایان کاذب» (NMD) سرکوب می‌کند. بر این اساس، کاهش PTBP1 می‌تواند این سرکوب را برطرف کرده و منجر به افزایش موقت سطح PTBP2 و تغییر الگوهای پیرایش به سمت وضعیت عصبی (نورونی) شود.

ساخت و تعیین مشخصات TN-PTBP1

به‌منظور تسهیل عبور aPTBP1 از سد خونی-مغزی (BBB) ​​و ورود آن به آستروسیت‌ها، aPTBP1 به پلیمر poly[(2-(pyridin-2-yldisulfanyl)-co-[poly(ethylene glycol)]] (PDA-PEG) متصل (کونژوگه) شد. سپس، این ترکیب به نانو-ERASER بارگیری‌شده با aPTBP1 و هدف‌گیرنده مغز (TN-PTBP1) تبدیل گردید؛ این فرآیند مشابه روشی بود که پیش‌تر شرح دادیم (مرجع ۲۰)، با این تفاوت که «لاکتوبیونیک اسید» با «۲-متاکریلوئیل‌اکسی‌اتیل فسفوریل‌کولین» (MPC) و لیگاندهای هدف‌گیرنده RAGE (گیرنده محصولات نهایی گلیکاسیون پیشرفته) جایگزین شد (شکل ۱B). نانوژل غیرهدفمند (N-PTBP1) نیز به روشی مشابه TN-PTBP1 ساخته شد، اما فاقد اصلاحات مربوط به لیگاند هدف‌گیرنده بود. علاوه بر این، نمونه‌های N-IgG و TN-IgG که حاوی یک آنتی‌بادی کنترل (ایزوتایپ IgG) بودند نیز تهیه شدند. میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) ساختار شبکه‌ای (کراس‌لینک‌شده) نانوژل را آشکار ساخت (شکل ۱C). قطر هیدرودینامیکی TN-PTBP1 حدود ۱۲۸ نانومتر بود (شکل ۱E). بار سطحی TN-PTBP1 تقریباً ۱۰٫۰- میلی‌ولت اندازه‌گیری شد (شکل ۱F) که پایداری آن را در حین گردش در جریان خون تضمین می‌کند. همچنین، شکل ۱D تأیید کرد که aPTBP1 محصورشده در نانوژل، تحت شرایط احیاکننده (که شبیه‌ساز محیط درون‌سلولی است) قابل آزادسازی می‌باشد. 

تحویل و آزادسازی درون‌سلولی آنتی‌بادی

برای بررسی مسیر درون‌سلولی نانوذرات، از IgG به عنوان آنتی‌بادی مدل استفاده شد. همان‌طور که انتظار می‌رفت، N-IgG به‌سختی می‌توانست وارد سلول‌های اندوتلیال ریزعروقی مغز انسان (hCMECs/D3) (شکل‌های ۲A–۲C) و آستروسیت‌های اولیه انسانی (HAs) (شکل‌های ۲D–۲F) شود. در مقابل، در سلول‌های تیمارشده با TN-IgG-Cy5 سیگنال‌های قرمز فراوانی مشاهده شد که نشان‌دهنده افزایش جذب سلولی ناشی از عملکردی‌سازی (functionalization) با MPC و لیگاندهای هدف‌گیرنده RAGE بود (شکل‌های ۲A–۲F). مشاهده سیگنال‌های قرمز مجزا در سلول‌های HA تیمارشده با TN-IgG نشان داد که TN-IgG قادر به خروج مؤثر…از اندولیزوزوم‌ها (شکل‌های ۲G و ۲H) که گامی ضروری برای روش Trim-Away مبتنی بر Nano-ERASER است. به‌منظور بررسی سینتیک آزادسازی آنتی‌بادی از نانوژل‌ها، آنتی‌بادی TN-IgG با برچسب دوگانه Cy3/Cy5 تهیه شد. نتایج نشان داد که بخش عمده آنتی‌بادی‌های موجود در نانوژل‌های هیالورونیک اسید (HAs) ظرف ۲۴ ساعت پس از تیمار آزاد شده‌اند؛ امری که با ناپدید شدن سیگنال‌های قرمز انتقال انرژی رزونانس فلورسانس (FRET) و بازیابی سیگنال‌های سبز Cy3 تأیید گردید.