Международная группа исследователей, объединившая усилия специалистов из Института биоинженерии Каталонии (IBEC) и Западно-Китайской больницы Сычуаньского университета (WCHSU) при участии коллег из Великобритании, добилась впечатляющих результатов в борьбе с болезнью Альцгеймера. Как сообщается на страницах авторитетного издания Signal Transduction and Targeted Therapy, учёные разработали инновационные микроскопические частицы, которые не просто доставляют лекарства, а сами выступают в роли активного терапевтического агента.
Эти наночастицы, получившие название «супрамолекулярные препараты», нацелены на восстановление естественной системы очистки мозга, что позволяет значительно снизить накопление токсичного белка, ассоциированного с болезнью Альцгеймера. В отличие от традиционных подходов, фокусирующихся на повреждённых нейронах, учёные обратили внимание на гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) — сложную защитную сеть из клеток и кровеносных сосудов, регулирующую транспорт веществ между кровью и мозгом. При развитии болезни Альцгеймера этот барьер претерпевает патологические изменения, что ведёт к накоплению вредных белков и, в конечном счёте, к нарушению когнитивных функций.
Восстановление системы очистки мозга
Человеческий мозг, потребляющий около 20% общего энергетического запаса организма (а у детей этот показатель может достигать 60%), нуждается в чрезвычайно густой сети кровеносных сосудов. По оценкам исследователей, в мозге содержится примерно один миллиард капилляров, причём почти каждый нейрон имеет собственное кровоснабжение. Всё больше научных данных указывает на то, что повреждение этих сосудов — не просто сопутствующий симптом болезни Альцгеймера, а активный фактор, способствующий её прогрессированию. Недавние исследования связывают нарушение гематоэнцефалического барьера с ранним снижением когнитивных способностей и усиленным накоплением защитных белков.
Разработанные биоактивные наночастицы, по замыслу учёных, призваны восстановить этот барьер и возобновить способность мозга эффективно удалять отходы метаболизма. В ходе экспериментов на мышах супрамолекулярные препараты продемонстрировали способность не только снижать уровень токсичного белка, но и восстанавливать повреждённые кровеносные сосуды, что открывает новые перспективы для терапии нейродегенеративных заболеваний.
Гематоэнцефалический барьер помогает выводить продукты обмена из мозга, блокируя при этом вредные вещества, такие как токсины и патогены. Одним из наиболее важных белков-отходов является амилоид-β (Аβ), липкий материал, образующий бляшки, связанные с болезнью Альцгеймера.
У пациентов с болезнью Альцгеймера система сбора отходов мозга начинает давать свои. поскольку амилоид-β накапливается, нейроны повреждаются и возникают проблемы с памятью.
Бляшки мальчика Альцгеймера исчезли за несколько часов
Для введения новой терапии исследователи использовали генно-инженерных мышей, у которых развиваются высокие уровни амилоида-β и прогрессирующее снижение когнитивных функций, аналогичное болезни Альцгеймера у людей.
Животные получили всего 3 дозы наночастиц. Эффект появился быстро.
«Всего через 1 час после инъекции мы наблюдали снижение уровня А&beta на 50-60%; количество внутри мозга,» мысль Джуньянг Чен, первый соавтор исследования, научный сотрудник Западно-Китайской больницы Сычуаньского университета и аспирант Университетского колледжа Лондона (UCL).
Долгосрочные результаты оказались еще более драматичными. Ученые наблюдали за животными в течение нескольких месяцев, используя тесты на поведение и память, охватывающие различные стадии развития заболевания.
В одном эксперименте исследователи лечили 12-месячную мышь (что эквивалентно 60-летнему человеку) и измеряли ее состояние шесть месяцев спустя. К этому моменту животное было примерно сравнимо с 90-летним человеком. Несмотря на свой возраст, мышь вела себя так же, как здоровое животное, без каких-либо признаков ухудшения состояния, связанного с болезнью Альцгеймера.
«Долгосрочный эффект восстанавливается за счет восстановления сосудистой сети головного мозга. Мы видим, что это работает по принципу каскада: когда накапливаются такие виды, как бета-амилоид (Аβ), болезнь прогрессирует. Но как только сосудистая сеть снова может функционировать, она начинает очищать Aβ и другие вредные молекулы, что позволяет всей системе восстановить баланс. Что примечательно, так это то, что наши наночастицы действуют как законы и, по-видимому, активируют механизм обратной связи, который возвращает этот путь клиренса к нормальному взгляду». Сказал Джузеппе Батталья, профессор-исследователь ICREA в IBEC, главный исследователь группы молекулярной бионики и руководитель исследований.
Как работают наночастицы
Основное внимание в ходе обучения уделялось белку под названием LRP1, которая действует как молекулярная транспортная система на гематоэнцефальном барьере. Обычно LRP1 распознает амилоид-β, связывается с ним и перемещает его из мозга в кровоток для утилизации.
Но процесс деликатный. Если LRP1 связывает амилоид-β слишком сильная транспортная техника перегружается и выходит из строя. Если взаимодействие слишком слабое, удаление отходов происходит недостаточно эффективно. В любом случае, амилоид-β начинает накапливаться в мозгу.
Супрамолекулярные наночастицы были созданы для частиц молекул, которые взаимодействуют с LRP1. При этом создается впечатление, что частицы «перезагружаются». транспортная система, управляемая амилоиду-β снова выйти из мозга.
Исследователи утверждают, что эта стратегия отличается от многих традиционных методов лечения болезни Альцгеймера, поскольку она направлена на восстановление собственного мозга, а не просто на непосредственное воздействие на бляшек.
Эта идея получила распространение в последние годы. Ученые все чаще рассматривают болезнь Альцгеймера как неврологическое и сосудистое заболевание, при котором нарушение обмена и повреждение гематоэнцефалического барьера препятствуют распространению открытых связей.
Другой вид наномедицины
Большинство подходов наномедицины используют наночастицы в качестве средств доставки лекарств в организм. В этом случае сами наночастицы являются терапией.
Исследовательская группа создала частицы, посредством восходящего процесса молекулярной инженерии, который позволяет им точно контролировать их размер и количество лигандов на их поверхности. Такая точность помогла частицам весьма необычным образом взаимодействовать с рецепторами на клеточных мембранах.
Влияя на то, как эти рецепторы двигаются и функционируют, наночастицы ограничивают амилоид-β Клиренс и помогает восстановить более здоровую активность кровеносных сосудов головного мозга.
Исследователи говорят, что этот подход может в конечном итоге дополнить другие методы лечения болезни Альцгеймера, включая препараты против амилоидных антител. Одна из самых больших проблем, с возникающими трудностями современных методов лечения, является безопасным и эффективным исследованием достаточного количества лекарств через гематоэнцефалический барьер.
Другие экспериментальные технологии также изучают способы решения этой проблемы, в том числе системы доставки на основе ультразвука, «мозговой шаттл»; молекулы и дополнительные наночастицы платформы, предназначенные для более эффективного преодоления барьера.
Что будет дальше
Хотя результаты многообещающие, исследование все еще находится на стадии испытаний на животных. Многие методы лечения Альцгеймера, которые применялись на мышах, позже потерпели неудачу в хороших испытаниях на людях.
Тем не менее, эксперты говорят, что исследование выдвигает на первый план все более глубокие исследования болезни Альцгеймера: восстановление здоровья кровеносных сосудов мозга и удаление отходов системы.
«Наше исследование продемонстрировало замечательную эффективность в быстром ходе достижения Aβ Клиренс, восстанавливающий здоровую функцию гематоэнцефального барьера и приводящий к поразительному обращению вспять принципа 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 исследователи из Института биоинженерии Каталонии (IBEC), Западно-Китайской больницы Сычуаньского университета, Западно-Китайской больницы Сямэнь Сычуаньского университета, Университетского колледжа Лондона, Сямэньской ключевой лаборатории психорадиологии и нейромодуляции, Барселонского университета, Китайской академии медицинских наук и Каталонского института исследований и перспективных исследований (ICREA).