يمكن للمواد النانوية التي تحاكي البروتين علاج الأمراض التنكسية العصبية

يمكن لمادة نانوية جديدة تحاكي سلوك البروتينات أن تصبح علاجًا فعالًا لمرض الزهايمر وغيره من أمراض التنكس العصبي. تعمل هذه المادة النانوية على تغيير التفاعل بين اثنين من البروتينات الرئيسية في خلايا الدماغ، مما قد يكون له تأثير علاجي قوي.

تم نشر النتائج المبتكرة مؤخرًا في مجلة المواد المتقدمة، وذلك من خلال التعاون بين العلماء في جامعة ويسكونسن ماديسون ومهندسي المواد النانوية في جامعة نورث وسترن..

يركز العمل على تغيير التفاعل بين بروتينين يعتقد أنهما متورطان في أمراض مثل مرض الزهايمر، ومرض باركنسون، والتصلب الجانبي الضموري (ALS).

يسمى البروتين الأول Nrf2، وهو نوع محدد من البروتين يسمى عامل النسخ الذي يقوم بتشغيل وإيقاف الجينات داخل الخلايا.

إحدى الوظائف المهمة لـ Nrf2 هي تأثيره المضاد للأكسدة. على الرغم من أن أمراض التنكس العصبي المختلفة تنشأ من عمليات مرضية مختلفة، إلا أنها توحدها التأثيرات السامة للإجهاد التأكسدي على الخلايا العصبية والخلايا العصبية الأخرى. يحارب Nrf2 هذا الضغط السام في خلايا الدماغ، مما يساعد على منع تطور الأمراض.

كان البروفيسور جيفري جونسون من كلية الصيدلة بجامعة ويسكونسن ماديسون، مع زوجته ديليندا جونسون، وهي عالمة بارزة في المدرسة، يدرسان Nrf2 كهدف واعد لعلاج الأمراض التنكسية العصبية منذ عقود. في عام 2022، اكتشف الزوجان جونسون وزملاؤهما أن زيادة نشاط Nrf2 في نوع معين من خلايا الدماغ، الخلايا النجمية، يساعد على حماية الخلايا العصبية في نماذج الفئران المصابة بمرض الزهايمر، مما يؤدي إلى انخفاض كبير في فقدان الذاكرة.

على الرغم من أن الأبحاث السابقة أشارت إلى أن زيادة نشاط Nrf2 يمكن أن يكون الأساس لعلاج مرض الزهايمر، إلا أن العلماء واجهوا صعوبة في استهداف هذا البروتين في الدماغ بشكل فعال.

"من الصعب إدخال الأدوية إلى الدماغ، ولكن من الصعب أيضًا العثور على أدوية تنشط Nrf2 دون الكثير من الآثار الجانبية"، كما يقول جيفري جونسون.

والآن ظهرت مادة نانوية جديدة. تُعرف هذه المادة الاصطناعية باسم البوليمر الشبيه بالبروتين (PLP)، وهي مصممة للارتباط بالبروتينات كما لو كانت بروتينًا بحد ذاته. تم إنشاء جهاز المحاكاة النانوي هذا بواسطة فريق بقيادة أستاذ الكيمياء ناثان جيانكشي من جامعة نورث وسترن وعضو في المعهد الدولي لتقنية النانو بالجامعة.

صمم جيانيتشي عدة بروتينات PLP لاستهداف بروتينات مختلفة. تم تصميم هذا الـ PLP الخاص لتغيير التفاعل بين Nrf2 وبروتين آخر يسمى Keap1. يعد تفاعل هذه البروتينات، أو المسار، هدفًا معروفًا لعلاج العديد من الحالات، حيث يتحكم Keap1 في استجابة Nrf2 للإجهاد التأكسدي ومكافحته. في ظل الظروف العادية، يكون Keap1 وNrf2 مرتبطين، ولكن عند الضغط عليه، يطلق Keap1 Nrf2 لأداء وظيفته المضادة للأكسدة.

يقول جونسون: "لقد كان ذلك أثناء المحادثة عندما ذكر ناثان وزملاؤه في شركة Grove Biopharma، وهي شركة ناشئة تركز على استهداف تفاعلات البروتين العلاجية، لروبرت أنهم يخططون لاستهداف Nrf2. فقال روبرت: "إذا كنت تنوي القيام بذلك، فقد ترغب في الاتصال بجيف جونسون".

وبعد فترة وجيزة، بدأ آل جونسون وجياننشي في مناقشة إمكانية تزويد مختبر جامعة ويسكونسن ماديسون بخلايا الدماغ النموذجية للفأر اللازمة لاختبار المادة النانوية لجياننشي.

يقول جيفري جونسون إنه كان متشككًا بعض الشيء في منهج PLP في البداية، نظرًا لعدم إلمامه به والصعوبة العامة المتمثلة في استهداف البروتينات بدقة في خلايا الدماغ.

ولكن بعد ذلك، جاء أحد طلاب ناثان إلى هنا واستخدمه على خلايانا، ويا إلهي، لقد نجح الأمر بشكل جيد حقًا،" كما يقول. "ثم تعمقنا في الأمر حقًا."

وجدت الدراسة أن PLP الخاص بجيانينشي كان فعالًا للغاية في الارتباط بـ Keap1، مما حرر Nrf2 ليتراكم في نوى الخلايا، مما يعزز وظيفته المضادة للأكسدة. والأمر المهم هو أنه فعل ذلك دون التسبب في الآثار الجانبية غير المرغوب فيها التي ابتليت بها استراتيجيات تنشيط Nrf2 الأخرى.

بينما تم إجراء هذا العمل في الخلايا في المزرعة، يخطط جونسون وجياننشي الآن لإجراء دراسات مماثلة في نماذج الفئران للأمراض التنكسية العصبية، وهو طريق بحثي لم يتوقعا متابعته ولكنهما متحمسان الآن لملاحقته.

تقول ديليندا جونسون: "ليس لدينا خلفية في المواد الحيوية". "إن الحصول على هذه المعلومات من جامعة نورث وسترن ثم تطوير الجانب البيولوجي بشكل أكبر هنا في جامعة ويسكونسن يظهر أن هذا النوع من التعاون مهم حقًا."