ננו-חומר מחקה חלבון יכול לטפל במחלות ניווניות

ננו-חומר חדש המחקה את התנהגותם של חלבונים עשוי להפוך לטיפול יעיל במחלת אלצהיימר ומחלות ניווניות אחרות. ננו-חומר זה משנה את האינטראקציה בין שני חלבוני מפתח בתאי המוח, אשר עשויה להיות בעלת אפקט טיפולי רב עוצמה.

התוצאות החדשניות, שפורסמו לאחרונה בכתב העת Advanced Materials, התאפשרו באמצעות שיתוף פעולה בין מדענים מאוניברסיטת ויסקונסין-מדיסון ומהנדסי ננו-חומרים באוניברסיטת נורת'ווסטרן.

העבודה מתמקדת בשינוי האינטראקציה בין שני חלבונים שלדעתם מעורבים במחלות כגון מחלת אלצהיימר, מחלת פרקינסון וטרשת צדדית אמיוטרופית (ALS).

החלבון הראשון נקרא Nrf2, שהוא סוג מסוים של חלבון הנקרא גורם שעתוק שמדליק ומכבה גנים בתוך התאים.

אחד התפקידים החשובים של Nrf2 הוא השפעתו נוגדת החמצון. למרות שמחלות ניווניות שונות נובעות מתהליכים פתולוגיים שונים, הן מאוחדות על ידי ההשפעות הרעילות של מתח חמצוני על נוירונים ותאי עצב אחרים. Nrf2 נלחם במתח הרעיל הזה בתאי המוח, ומסייע במניעת התפתחות מחלות.

פרופסור ג'פרי ג'ונסון מבית הספר לרוקחות של אוניברסיטת ויסקונסין-מדיסון, יחד עם אשתו דלינדה ג'ונסון, מדענית בכירה בבית הספר, לומדים את Nrf2 כיעד מבטיח לטיפול במחלות נוירודגנרטיביות במשך עשרות שנים. בשנת 2022, בני הזוג ג'ונסון ועמיתיהם גילו שהגברת פעילות Nrf2 בסוג מסוים של תאי מוח, אסטרוציטים, עוזרת להגן על נוירונים בדגמי עכברים של אלצהיימר, וכתוצאה מכך ירידה משמעותית אובדן זיכרון.

למרות שמחקרים קודמים העלו שהגברת פעילות Nrf2 יכולה להיות הבסיס לטיפול במחלת אלצהיימר, מדענים התקשו למקד ביעילות את החלבון הזה במוח.

"קשה להכניס סמים למוח, אבל זה גם היה מאוד קשה למצוא תרופות שמפעילות את Nrf2 בלי הרבה תופעות לוואי", אומר ג'פרי ג'ונסון.

ועכשיו הופיע ננו-חומר חדש. הידוע כפולימר דמוי חלבון (PLP), החומר הסינטטי הזה נועד להיקשר לחלבונים כאילו היה חלבון עצמו. סימולטור ננומטרי זה נוצר על ידי צוות בראשות פרופסור לכימיה נתן ג'אנקשי מאוניברסיטת נורת'ווסטרן וחבר במכון הבינלאומי לננוטכנולוגיה של האוניברסיטה.

Giannecchi עיצב מספר PLPs למיקוד חלבונים שונים. PLP מסוים זה בנוי כדי לשנות את האינטראקציה בין Nrf2 לחלבון אחר בשם Keap1. האינטראקציה של חלבונים אלה, או המסלול, היא יעד ידוע לטיפול במצבים רבים, שכן Keap1 שולט מתי Nrf2 מגיב ללחץ חמצוני ונלחם בו. בתנאים רגילים, Keap1 ו-Nrf2 קשורים, אך כאשר הוא לחץ, Keap1 משחרר את Nrf2 כדי לבצע את הפונקציה נוגדת החמצון שלו.

"רק במהלך השיחה נתן ועמיתיו ב-Grov Biopharma, סטארט-אפ המתמקד במיקוד טיפולי של אינטראקציות חלבון, ציינו בפני רוברט שהם מתכננים למקד ל-Nrf2", אומר ג'ונסון. "ורוברט אמר, 'אם אתה מתכוון לעשות את זה, אולי תרצה להתקשר לג'ף ג'ונסון'."

עד מהרה, בני הזוג ג'ונסון וג'יאננצ'י דנו באפשרות לספק למעבדה של אוניברסיטת ויסקונסין-מדיסון את תאי המוח של מודל העכבר הדרושים לבדיקת הננו-חומר של ג'יאננצ'י.

ג'פרי ג'ונסון אומר שבהתחלה הוא היה קצת סקפטי לגבי גישת ה-PLP, לאור חוסר ההיכרות שלו איתה והקושי הכללי לכוון במדויק לחלבונים בתאי מוח.

"אבל אז אחד מתלמידיו של נתן הגיע לכאן והשתמש בזה בתאים שלנו, ובנאדם, זה עבד ממש טוב", הוא אומר. "אז באמת התעמקנו בזה."

המחקר מצא שה-PLP של Giannenchi היה יעיל ביותר בקשירה ל-Keap1, מה ששחרר את Nrf2 להצטבר בגרעיני התא, והגביר את תפקוד נוגד החמצון שלו. חשוב לציין, זה עשה זאת מבלי לגרום לתופעות הלוואי הלא רצויות שפקדו אסטרטגיות הפעלה אחרות של Nrf2.

בעוד שעבודה זו נעשתה בתאים בתרבית, ג'ונסון וג'יאננצ'י מתכננים כעת לערוך מחקרים דומים במודלים של עכברים של מחלות ניווניות, שדרת מחקר שהם לא ציפו להמשיך אבל כעת הם נרגשים להמשיך.

"אין לנו רקע בביו-חומרים", אומרת דלינדה ג'ונסון. "אז לקבל את זה מנורת'ווסטרן ולאחר מכן לפתח את הצד הביולוגי כאן באוניברסיטת ויסקונסין מראה שסוגי שיתופי פעולה כאלה הם באמת חשובים."