Наноматеріал, що імітує білки, може лікувати нейродегенеративні хвороби

Новий наноматеріал, що імітує поведінку білків, може бути ефективним засобом лікування хвороби Альцгеймера та інших нейродегенеративних захворювань. Наноматеріал змінює взаємодію між двома ключовими білками в клітинах мозку, що може мати потужний терапевтичний ефект.

Інноваційні результати, нещодавно опубліковані в журналі Advanced Materials, стали можливими завдяки співпраці вчених з Університету Вісконсин-Медісон та інженерів з наноматеріалів з Північно-Західного університету.

Робота зосереджена на зміні взаємодії між двома білками, які, як вважається, беруть участь у розвитку таких захворювань, як хвороба Альцгеймера, хвороба Паркінсона та бічний аміотрофічний склероз (БАС).

Перший білок називається Nrf2, це специфічний тип білка, який називається транскрипційним фактором, що вмикає та вимикає гени всередині клітин.

Однією з важливих функцій Nrf2 є його антиоксидантна дія. Хоча різні нейродегенеративні захворювання виникають внаслідок різних патологічних процесів, їх об'єднує токсичний вплив оксидативного стресу на нейрони та інші нервові клітини. Nrf2 бореться з цим токсичним стресом у клітинах мозку, допомагаючи запобігти розвитку захворювань.

Професор Джеффрі Джонсон з Фармацевтичної школи Університету Вісконсин-Медісон та його дружина Делінда Джонсон, старший науковий співробітник того ж навчального закладу, десятиліттями вивчають Nrf2 як перспективну мішень для лікування нейродегенеративних захворювань. У 2022 році Джонсони та їхні колеги виявили, що підвищення активності Nrf2 у певному типі клітин мозку, астроцитах, допомагає захистити нейрони в мишачих моделях хвороби Альцгеймера, що призводить до значного зменшення втрати пам'яті.

Хоча попередні дослідження показали, що підвищення активності Nrf2 може бути основою для лікування хвороби Альцгеймера, вченим було важко ефективно впливати на білок у мозку.

«Важко ввести ліки в мозок, але також дуже важко знайти ліки, які активують Nrf2 без багатьох побічних ефектів», — каже Джеффрі Джонсон.

Тепер з'явився новий наноматеріал. Відомий як білкоподібний полімер (PLP), цей синтетичний матеріал призначений для зв'язування з білками так, ніби він сам є білком. Цей нанорозмірний імітатор був створений командою під керівництвом Натана Джанненкі, професора хімії Північно-Західного університету та члена Міжнародного інституту нанонауки університету.

Джаннеккі розробив кілька ПЛП, спрямованих на різні білки. Цей конкретний ПЛП призначений для зміни взаємодії між Nrf2 та іншим білком під назвою Keap1. Взаємодія цих білків, або шлях, є добре відомою мішенню для лікування багатьох захворювань, оскільки Keap1 контролює, коли Nrf2 реагує на оксидативний стрес та бореться з ним. За нормальних умов Keap1 та Nrf2 пов'язані, але при стресі Keap1 вивільняє Nrf2 для виконання своєї антиоксидантної функції.

«Саме під час розмови Натан та його колеги з Grove Biopharma, стартапу, що спеціалізується на терапевтичному таргетуванні білкових взаємодій, згадали Роберту, що вони планують цільово впливати на Nrf2», — каже Джонсон. «І Роберт сказав: «Якщо ти збираєшся це робити, тобі слід зателефонувати Джеффу Джонсону»».

Невдовзі Джонсон і Джанненкі обговорювали можливість надання лабораторією Університету Вісконсин-Медісон клітин мозку моделей мишей, необхідних для тестування наноматеріалу Джанненкі.

Джеффрі Джонсон каже, що спочатку він дещо скептично ставився до підходу PLP, враховуючи свою незнайомість з ним та загальну складність точного впливу на білки клітин мозку.

«Але потім один із учнів Натана прийшов сюди та використав це на наших мобільних, і, чорт забирай, це спрацювало дуже добре», — каже він. «Тоді ми справді заглибилися в це».

Дослідження показало, що PLP Джаннеккі дуже ефективно зв'язується з Keap1, вивільняючи Nrf2 для накопичення в ядрах клітин, посилюючи його антиоксидантну функцію. Важливо, що це сталося без небажаних побічних ефектів, які перешкоджають іншим стратегіям активації Nrf2.

Хоча ця робота була проведена на клітинах у культурі, Джонсон і Джаннеккі тепер планують провести аналогічні дослідження на мишачих моделях нейродегенеративних захворювань – напрямок досліджень, який вони не очікували продовжувати, але тепер із нетерпінням чекають на нього.

«У нас немає досвіду роботи з біоматеріалами», — каже Делінда Джонсон. «Тож отримання цього від Північно-Західного університету, а потім подальший розвиток біологічного напрямку тут, в Університеті Вісконсина, показує, що така співпраця справді важлива».