Ученые обратили вспять болезнь Альцгеймера у мышей с помощью революционных нанотехнологий

Мозг потребляет около 20% энергии организма у взрослых и до 60% у детей. Эта энергия поступает через исключительно плотную сосудистую сеть, в которой каждый нейрон снабжается собственным капилляром. Имея примерно один миллиард капилляров, мозг полагается на здоровую сосудистую систему, чтобы поддерживать функционирование и противостоять болезням. Эти наблюдения подтверждают, как здоровье сосудов связано с такими состояниями, как деменция и болезнь Альцгеймера, с которыми тесно связано повреждение сосудистой системы.

Функция гематоэнцефалического барьера и удаление ненужных белков.

ГЭБ — это клеточный и физиологический щит, который отделяет ткани мозга от циркулирующей крови, помогая блокировать патогены и токсины. Исследователи показали, что, воздействуя на определенный механизм, вредные «отходные белки», вырабатываемые в мозге, могут преодолеть этот барьер и попасть в кровоток. При болезни Альцгеймера амилоид-β (Aβ) является основным белком-отходом, и его накопление нарушает функцию нейронов.

Команда работала с моделями мышей, созданными для перепроизводства Aβ и развития выраженного снижения когнитивных функций, отражающего признаки болезни Альцгеймера. Животные получали три дозы супрамолекулярных препаратов с последующим регулярным наблюдением. «Всего через 1 час после инъекции мы наблюдали снижение количества Aβ в мозге на 50-60%», — объясняет Цзюньян Чен, первый соавтор исследования, научный сотрудник Западно-Китайской больницы Сычуаньского университета и аспирант Университетского колледжа Лондона (UCL).

Терапевтические результаты были наиболее заметными. В ходе нескольких тестов на поведение и память, проводимых в течение нескольких месяцев, животные оценивались на разных стадиях заболевания. В одном примере 12-месячную мышь (эквивалент 60-летнего человека) обрабатывали наночастицами и оценивали через 6 месяцев. К 18-месячному возрасту (сравнимо с 90-летним человеком) его поведение соответствовало поведению здоровой мыши.

Восстановление сосудистой сети для возобновления самоочищения мозга

«Долгосрочный эффект достигается за счет восстановления сосудистой сети головного мозга. Мы думаем, что это работает каскадно: когда токсичные виды, такие как бета-амилоид (Aβ), накапливаются, болезнь прогрессирует. Но как только сосудистая сеть снова может функционировать, она начинает очищать Aβ и другие вредные молекулы, позволяя всей системе восстановить свой баланс. Что примечательно, наши наночастицы действуют как лекарство и, по-видимому, активируют механизм обратной связи, который возвращает этот путь клиренса к нормальному уровню». сказал Джузеппе Батталья, профессор-исследователь ICREA в IBEC, главный исследователь группы молекулярной бионики и руководитель исследования.

При болезни Альцгеймера происходит ключевой сбой в естественном процессе очистки мозга от токсичных видов, таких как Aβ. В нормальных условиях белок LRP1 служит молекулярным привратником. Он распознает Aβ, связывает его через лиганды и помогает переносить его через ГЭБ в кровоток для удаления. Система деликатная. Если LRP1 слишком прочно связывает слишком много Aβ, транспорт становится перегруженным, а сам LRP1 разрушается внутри клеток ГЭБ, уменьшая количество доступных носителей. Если связывание слишком слабое, транспортного сигнала недостаточно. Любой сценарий приводит к накоплению Aβ в мозге.

Супрамолекулярные препараты действуют как переключатель сброса. Имитируя лиганды LRP1, они связывают Aβ, пересекают ГЭБ и запускают удаление токсичных частиц. Когда этот процесс возобновляется, сосудистая сеть восстанавливает свою естественную роль по очистке отходов и возвращается к нормальной функции.

Прецизионные наночастицы и контроль рецепторов

В этой работе наночастицы сами по себе действуют как терапевтические агенты. Созданные на основе восходящей стратегии молекулярной инженерии, они сочетают строго контролируемый размер с определенным количеством поверхностных лигандов, создавая мультивалентную платформу с высокоспецифичными взаимодействиями с клеточными рецепторами. Задействуя транспортировку рецепторов на клеточной мембране, они обеспечивают новый способ модуляции активности рецепторов. Такая точность поддерживает эффективный клиренс Aβ и помогает сбалансировать сосудистую систему, которая защищает здоровье мозга.

Эта терапевтическая концепция указывает на будущие клинические стратегии, которые будут учитывать вклад сосудов в болезнь Альцгеймера и направлены на улучшение результатов лечения пациентов. «Наше исследование продемонстрировало замечательную эффективность в достижении быстрого клиренса Aβ, восстановлении здоровой функции гематоэнцефалического барьера и привело к поразительному обращению вспять патологии Альцгеймера», — заключает Лорена Руис Перес, исследователь группы молекулярной бионики из Института биоинженерии Каталонии (IBEC) и доцент Серра Хантер в Университете Барселоны (UB).

В проекте приняли участие Институт биоинженерии Каталонии (IBEC), Западно-Китайская больница Сычуаньского университета, Западно-Китайская больница Сямэнь Сычуаньского университета, Университетский колледж Лондона, Сямэньская ключевая лаборатория психорадиологии и нейромодуляции, Университет Барселоны, Китайская академия медицинских наук и Каталонский институт исследований и перспективных исследований (ICREA).