Οι επιστήμονες αντιστρέφουν το Αλτσχάιμερ σε ποντίκια με πρωτοποριακή νανοτεχνολογία

Η εργασία διεξήχθη από επιστήμονες από το Ινστιτούτο Βιομηχανικής στην Καταλονία (IBEC) και το Νοσοκομείο West China Hospital Sichuan University (WCHSU), με συναδέλφους από το Ηνωμένο Βασίλειο. Τα αποτελέσματά τους δημοσιεύτηκαν Μετάδοση σήματος και στοχευμένη θεραπεία.

Αντί να εστιάσουν απευθείας σε κατεστραμμένους νευρώνες, οι επιστήμονες εξέτασαν τον αιματοεγκεφαλικό φραγμό (BBB), ένα προστατευτικό δίκτυο κυττάρων και αιμοφόρων αγγείων που ελέγχει ό,τι εισέρχεται και εξέρχεται από τον εγκέφαλο. Στη νόσο του Αλτσχάιμερ, αυτό το σύστημα διασπάται σταδιακά, επιτρέποντας στις επιβλαβείς πρωτεΐνες να συσσωρεύονται και να βλάπτουν τη λειτουργία του εγκεφάλου με την πάροδο του χρόνου.

Οι ερευνητές έχουν σχεδιάσει βιοενεργά νανοσωματίδια που ονομάζονται «υπερμοριακά φάρμακα» για να βοηθήσουν στην αποκατάσταση αυτού του φραγμού και στην επανεκκίνηση της ικανότητας του εγκεφάλου να απομακρύνει τα απόβλητα.

Επιδιόρθωση του συστήματος καθαρισμού του εγκεφάλου

Ο ανθρώπινος εγκέφαλος χρησιμοποιεί πολλή ενέργεια. Στους ενήλικες, καταναλώνει περίπου το 20% του συνολικού ενεργειακού εφοδιασμού του σώματος και στα παιδιά το ποσοστό αυτό μπορεί να φτάσει το 60%. Για να καλύψει αυτές τις ανάγκες, ο εγκέφαλος βασίζεται σε ένα εξαιρετικά πυκνό δίκτυο αιμοφόρων αγγείων. Οι επιστήμονες εκτιμούν ότι ο εγκέφαλος περιέχει περίπου ένα δισεκατομμύριο τριχοειδή αγγεία, με σχεδόν κάθε νευρώνα συνδεδεμένο με τη δική του παροχή αίματος.

Τα αυξανόμενα στοιχεία δείχνουν ότι αυτά τα αιμοφόρα αγγεία παίζουν μεγαλύτερο ρόλο στην άνοια από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως. Πολλοί ερευνητές πιστεύουν τώρα ότι η αγγειακή βλάβη δεν είναι απλώς μια παρενέργεια της νόσου του Αλτσχάιμερ, αλλά μπορεί να οδηγήσει ενεργά στην εξέλιξή της. Πρόσφατες μελέτες έχουν συνδέσει την κατάρρευση του αιματοεγκεφαλικού φραγμού με την πρώιμη γνωστική έκπτωση και την αυξημένη παραγωγή τοξικών πρωτεϊνών.

Υπό υγιείς συνθήκες, ο αιματοεγκεφαλικός φραγμός βοηθά στην απομάκρυνση των άχρηστων προϊόντων από τον εγκέφαλο, ενώ μπλοκάρει επιβλαβείς ουσίες όπως τοξίνες και παθογόνους παράγοντες. Μία από τις πιο σημαντικές άχρηστες πρωτεΐνες είναι το αμυλοειδές-β (Αβ), το κολλώδες υλικό που σχηματίζει τις πλάκες που σχετίζονται με τη νόσο του Αλτσχάιμερ.

Σε ασθενείς με Αλτσχάιμερ, το σύστημα διάθεσης των απορριμμάτων του εγκεφάλου αρχίζει να αποτυγχάνει. Καθώς το αμυλοειδές-β συσσωρεύεται, οι νευρώνες καταστρέφονται και τα προβλήματα μνήμης επιδεινώνονται.

Οι πλάκες του Αλτσχάιμερ πέφτουν μέσα σε λίγες ώρες

Για να δοκιμάσουν τη νέα θεραπεία, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν γενετικά τροποποιημένα ποντίκια που αναπτύσσουν υψηλά επίπεδα αμυλοειδούς-β και προοδευτική γνωστική έκπτωση παρόμοια με τη νόσο του Αλτσχάιμερ στους ανθρώπους.

Τα ζώα έλαβαν μόνο 3 δόσεις νανοσωματιδίων. Το αποτέλεσμα εμφανίζεται γρήγορα.

«Μόλις 1 ώρα μετά την ένεση παρατηρήσαμε μια μείωση 50-60% στην ποσότητα του Αβ μέσα στον εγκέφαλο», είπε ο Junyang Chen, πρώτος συν-συγγραφέας της μελέτης, ερευνητής στο West China Hospital του Πανεπιστημίου Sichuan και διδακτορικός φοιτητής στο University College του Λονδίνου (UCL).

Τα μακροπρόθεσμα αποτελέσματα ήταν ακόμη πιο δραματικά. Οι επιστήμονες παρακολούθησαν τα ζώα για αρκετούς μήνες χρησιμοποιώντας τεστ συμπεριφοράς και μνήμης που κάλυπταν διαφορετικά στάδια εξέλιξης της νόσου.

Σε ένα πείραμα, οι ερευνητές θεράπευσαν έναν αρουραίο 12 μηνών (ισοδύναμο με έναν άνθρωπο 60 ετών) και τον αξιολόγησαν έξι μήνες αργότερα. Σε εκείνο το σημείο, το πλάσμα ήταν περίπου συγκρίσιμο με έναν άνθρωπο 90 ετών. Παρά την ηλικία του, το ποντίκι συμπεριφέρθηκε σαν ένα υγιές ζώο χωρίς σημάδια μείωσης που σχετίζεται με το Αλτσχάιμερ.

“Το μακροπρόθεσμο αποτέλεσμα προέρχεται από την αποκατάσταση της αγγείωσης του εγκεφάλου. Νομίζουμε ότι λειτουργεί σαν καταρράκτης: όταν συσσωρεύονται τοξικά είδη όπως το αμυλοειδές-βήτα (Αβ), η ασθένεια εξελίσσεται. Αλλά μόλις το αγγειακό σύστημα είναι σε θέση να λειτουργήσει ξανά, αρχίζει να καθαρίζει το Aβ και άλλα επιβλαβή μόρια, κάτι που μας επιτρέπει να εξισορροπούμε το φάρμακο και να ισορροπεί ολόκληρο το σύστημα. Αυτό επαναφέρει την οδό κάθαρσης σε φυσιολογικά επίπεδα», δήλωσε ο Giuseppe Battaglia, καθηγητής έρευνας ICREA στο IBEC, κύριος ερευνητής της ομάδας Molecular Bionics και επικεφαλής της μελέτης.

Πώς λειτουργούν τα νανοσωματίδια

Το κύριο επίκεντρο της έρευνας ήταν μια πρωτεΐνη που ονομάζεται LRP1, η οποία δρα σαν μοριακός μεταφορέας στον αιματοεγκεφαλικό φραγμό. Κανονικά, το LRP1 αναγνωρίζει το αμυλοειδές-β, δεσμεύεται σε αυτό και το μεταφέρει έξω από τον εγκέφαλο και στην κυκλοφορία του αίματος για απόρριψη.

Αλλά η διαδικασία είναι λεπτή. Εάν το LRP1 δεσμεύει πολύ σφιχτά το αμυλοειδές-β, το μηχάνημα μεταφοράς υπερφορτώνεται και καταστρέφεται. Εάν η αλληλεπίδραση είναι πολύ αδύναμη, η απομάκρυνση των απορριμμάτων δεν θα πραγματοποιηθεί αρκετά αποτελεσματικά. Είτε έτσι είτε αλλιώς, το αμυλοειδές-β αρχίζει να συσσωρεύεται στον εγκέφαλο.

Τα υπερμοριακά νανοσωματίδια κατασκευάστηκαν για να μιμούνται φυσικά μόρια που αλληλεπιδρούν με το LRP1. Με αυτόν τον τρόπο, τα σωματίδια φαίνεται να «επαναφέρουν» το σύστημα μεταφοράς, επιτρέποντας στο αμυλοειδές-β να μετακινηθεί ξανά από τον εγκέφαλο.

Οι ερευνητές λένε ότι αυτή η τεχνική διαφέρει από πολλές παραδοσιακές θεραπείες για το Αλτσχάιμερ, επειδή επικεντρώνεται στην επισκευή της υποδομής του ίδιου του εγκεφάλου αντί να επιτίθεται απευθείας στις πλάκες.

Αυτή η ιδέα έχει αποκτήσει δυναμική τα τελευταία χρόνια. Οι επιστήμονες βλέπουν όλο και περισσότερο το Αλτσχάιμερ ως νευρολογική και αγγειακή νόσο, με διαταραγμένη ροή αίματος και βλάβη στον αιματοεγκεφαλικό φραγμό που συμβάλλει στην εξάπλωση τοξικών πρωτεϊνών.

Ένα διαφορετικό είδος νανοϊατρικής

Οι περισσότερες προσεγγίσεις νανοϊατρικής χρησιμοποιούν νανοσωματίδια ως οχήματα μεταφοράς για τη μεταφορά φαρμάκων στο σώμα. Σε αυτή την περίπτωση, η θεραπεία είναι τα ίδια τα νανοσωματίδια.

Η ερευνητική ομάδα δημιούργησε τα σωματίδια χρησιμοποιώντας μια διαδικασία μοριακής μηχανικής από κάτω προς τα πάνω που τους επέτρεψε να ελέγχουν με ακρίβεια το μέγεθός τους και τον αριθμό των προσδεμάτων στην επιφάνειά τους. Αυτή η ακρίβεια επέτρεψε στα σωματίδια να αλληλεπιδράσουν με τους υποδοχείς στην κυτταρική μεμβράνη με έναν εξαιρετικά συγκεκριμένο τρόπο.

Επηρεάζοντας τον τρόπο κίνησης και λειτουργίας αυτών των υποδοχέων, τα νανοσωματίδια βελτιώνουν την κάθαρση του αμυλοειδούς-β και βοηθούν στην αποκατάσταση της υγιούς δραστηριότητας των αιμοφόρων αγγείων στον εγκέφαλο.

Οι ερευνητές λένε ότι η προσέγγιση θα μπορούσε τελικά να συμπληρώσει άλλες θεραπείες για το Αλτσχάιμερ, συμπεριλαμβανομένων των φαρμάκων κατά των αμυλοειδών αντισωμάτων. Μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις που αντιμετωπίζουν οι τρέχουσες θεραπείες είναι η ασφαλής και αποτελεσματική διέλευση αρκετών φαρμάκων στον αιματοεγκεφαλικό φραγμό.

Άλλες πειραματικές τεχνολογίες εξερευνούν επίσης λεωφόρους Ξεπεράστε αυτή την πρόκλησηΜε συστήματα παροχής που βασίζονται σε υπερήχους, μόρια «εγκεφαλικής μεταφοράς» και πρόσθετες πλατφόρμες νανοσωματιδίων που έχουν σχεδιαστεί για να διασχίζουν τα εμπόδια πιο αποτελεσματικά.

Τι θα γίνει μετά

Αν και τα αποτελέσματα είναι ελπιδοφόρα, η έρευνα βρίσκεται ακόμα στο στάδιο της εξέτασης σε ζώα. Πολλές θεραπείες για το Αλτσχάιμερ που λειτούργησαν σε ποντίκια απέτυχαν στη συνέχεια σε κλινικές δοκιμές σε ανθρώπους.

Ωστόσο, οι ειδικοί λένε ότι η μελέτη υπογραμμίζει έναν όλο και πιο σημαντικό τομέα της έρευνας για το Αλτσχάιμερ: την αποκατάσταση της υγείας των αιμοφόρων αγγείων του εγκεφάλου και το σύστημα απομάκρυνσης των απορριμμάτων.

«Η μελέτη μας έδειξε σημαντική αποτελεσματικότητα στην επίτευξη της ταχείας κάθαρσης του Αβ, στην αποκατάσταση της υγιούς λειτουργίας του αιματοεγκεφαλικού φραγμού και οδηγώντας σε μια ενδιαφέρουσα αναστροφή της παθολογίας του Αλτσχάιμερ», κατέληξε η Lorena Ruiz Perez, ερευνήτρια στην ομάδα Molecular Bionics στο Ινστιτούτο Βιομηχανικής και Επίκουρος Καθηγητής. Πανεπιστήμιο της Βαρκελώνης (UB).

Στο έργο συμμετείχαν ερευνητές από το Institute for Bioengineering of Catalonia (IBEC), το West China Hospital of Sichuan University, το West China Xiamen Hospital of Sichuan University, University College London, το Xiamen Key Laboratory of Psychoradiology and Neuromodulation, το Πανεπιστήμιο της Βαρκελώνης, την Κινεζική Ακαδημία Ιατρικών Επιστημών και το Ίδρυμα Ερευνών StRE της Καταλονίας.