المواد النانوية التي تحاكي البروتينات يمكن أن تعالج الأمراض العصبية التنكسية

قد تُشكّل مادة نانوية جديدة تُحاكي سلوك البروتينات علاجًا فعالًا لمرض الزهايمر وغيره من الأمراض العصبية التنكسية. تُغيّر هذه المادة النانوية التفاعل بين بروتينين رئيسيين في خلايا الدماغ، مما قد يُحدث تأثيرًا علاجيًا قويًا.

أصبحت النتائج المبتكرة، التي نشرت مؤخرا في مجلة Advanced Materials ، ممكنة بفضل التعاون بين علماء من جامعة ويسكونسن ماديسون ومهندسي المواد النانوية من جامعة نورث وسترن.

يركز العمل على تغيير التفاعل بين بروتينين يعتقد أنهما يشاركان في تطور أمراض مثل الزهايمر وباركنسون والتصلب الجانبي الضموري (ALS).

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

من أهم وظائف Nrf2 تأثيره المضاد للأكسدة. ورغم أن الأمراض العصبية التنكسية المختلفة تنشأ من عمليات مرضية مختلفة، إلا أن التأثير السام للإجهاد التأكسدي على الخلايا العصبية وغيرها من الخلايا العصبية يوحدها. يحارب Nrf2 هذا الإجهاد السام في خلايا الدماغ، مما يساعد على منع تطور الأمراض.

يدرس البروفيسور جيفري جونسون، من كلية الصيدلة بجامعة ويسكونسن-ماديسون، وزوجته ديليندا جونسون، وهي باحثة بارزة في الكلية نفسها، بروتين Nrf2 منذ عقود كهدف واعد لعلاج الأمراض العصبية التنكسية. في عام ٢٠٢٢، اكتشف الزوجان جونسون وزملاؤهما أن زيادة نشاط بروتين Nrf2 في نوع محدد من خلايا الدماغ، الخلايا النجمية، تساعد على حماية الخلايا العصبية في نماذج الفئران المصابة بمرض الزهايمر ، مما يؤدي إلى انخفاض كبير في فقدان الذاكرة.

وفي حين أشارت الأبحاث السابقة إلى أن زيادة نشاط Nrf2 قد يكون الأساس لعلاج مرض الزهايمر، واجه العلماء صعوبة في استهداف البروتين في الدماغ بشكل فعال.

يقول جيفري جونسون: "من الصعب إدخال الأدوية إلى الدماغ، ولكن من الصعب للغاية أيضًا العثور على أدوية تعمل على تنشيط Nrf2 دون الكثير من الآثار الجانبية".

ظهرت الآن مادة نانوية جديدة. تُعرف هذه المادة الاصطناعية باسم بوليمر شبيه بالبروتين (PLP)، وهي مصممة للارتباط بالبروتينات كما لو كانت بروتينًا بحد ذاتها. وقد ابتكر هذا المُحاكي النانوي فريقٌ بقيادة ناثان جيانينشي، أستاذ الكيمياء في جامعة نورث وسترن وعضو المعهد الدولي لعلوم النانو التابع للجامعة.

صمم جيانيتشي العديد من بروتينات PLP لاستهداف بروتينات مختلفة. صُمم هذا البروتين تحديدًا لتغيير التفاعل بين Nrf2 وبروتين آخر يُسمى Keap1. يُعد تفاعل هذين البروتينين، أو مسارهما، هدفًا معروفًا لعلاج العديد من الحالات، لأن Keap1 يتحكم في استجابة Nrf2 للإجهاد التأكسدي ومكافحته له. في الظروف العادية، يرتبط Keap1 وNrf2، ولكن عند الإجهاد، يُطلق Keap1 Nrf2 لأداء وظيفته المضادة للأكسدة.

يقول جونسون: "خلال محادثة، ذكر ناثان وزملاؤه في شركة غروف بيوفارما، وهي شركة ناشئة تُركز على الاستهداف العلاجي لتفاعلات البروتين، لروبرت أنهم يخططون لاستهداف Nrf2. فقال روبرت: إذا كنتم ستفعلون ذلك، فعليكم الاتصال بجيف جونسون".

وبعد قليل، بدأ جونسون وجياننشي في مناقشة إمكانية قيام مختبر جامعة ويسكونسن ماديسون بتوفير الخلايا الدماغية لنماذج الفئران اللازمة لاختبار المادة النانوية التي ابتكرها جيانينشي.

يقول جيفري جونسون إنه كان متشككًا إلى حد ما في البداية بشأن نهج PLP، نظرًا لعدم إلمامه به والصعوبة العامة في استهداف البروتينات في خلايا المخ بدقة.

"ثم جاء أحد طلاب ناثان واستخدمه على خلايانا، وبالفعل، نجح الأمر بشكل رائع"، كما يقول. "ثم تعمقنا فيه بشكل مكثف."

وجدت الدراسة أن بروتين PLP الذي ابتكره جيانيتشي كان فعالاً للغاية في الارتباط ببروتين Keap1، مما يسمح لبروتين Nrf2 بالتراكم في نوى الخلايا، معززاً وظيفته المضادة للأكسدة. والأهم من ذلك، أنه فعل ذلك دون التسبب في آثار جانبية غير مرغوب فيها تتداخل مع استراتيجيات تنشيط Nrf2 الأخرى.

وعلى الرغم من أن هذا العمل تم على خلايا في المزرعة، فإن جونسون وجيانيكي يخططان الآن لإجراء دراسات مماثلة على نماذج الفئران للأمراض العصبية التنكسية، وهو خط بحثي لم يتوقعا متابعته ولكنهما متحمسان الآن لمتابعته.

تقول ديليندا جونسون: "ليس لدينا الخبرة الكافية لتطوير المواد الحيوية. لذا، فإن الحصول على هذه المادة من جامعة نورث وسترن، ثم تطوير الجانب البيولوجي هنا في جامعة ويسكونسن، يُظهر أهمية هذا النوع من التعاون".