ננו-חומר המחקה חלבונים יכול לטפל במחלות ניווניות של מערכת העצבים

ננו-חומר חדש המחקה את התנהגותם של חלבונים יכול להיות טיפול יעיל לאלצהיימר ולמחלות ניווניות אחרות. הננו-חומר משנה את האינטראקציה בין שני חלבונים מרכזיים בתאי המוח, דבר שיכול להיות בעל השפעה טיפולית חזקה.

התוצאות החדשניות, שפורסמו לאחרונה בכתב העת Advanced Materials, התאפשרו הודות לשיתוף פעולה בין מדענים מאוניברסיטת ויסקונסין-מדיסון לבין מהנדסי ננו-חומרים מאוניברסיטת נורת'ווסטרן.

העבודה מתמקדת בשינוי האינטראקציה בין שני חלבונים הנחשבים מעורבים בהתפתחות מחלות כמו אלצהיימר, פרקינסון וטרשת אמיוטרופית צידית (ALS).

החלבון הראשון נקרא Nrf2, שהוא סוג ספציפי של חלבון הנקרא גורם שעתוק שמפעיל ומכבה גנים בתוך תאים.

אחד התפקידים החשובים של Nrf2 הוא השפעתו נוגדת החמצון. למרות שמחלות ניווניות שונות נובעות מתהליכים פתולוגיים שונים, הן מאוחדות על ידי ההשפעה הרעילה של עקה חמצונית על נוירונים ותאי עצב אחרים. Nrf2 נלחם בעקה רעילה זו בתאי המוח, ומסייע במניעת התפתחות מחלות.

פרופסור ג'פרי ג'ונסון מבית הספר לרוקחות של אוניברסיטת ויסקונסין-מדיסון ואשתו, דלינדה ג'ונסון, מדענית מחקר בכירה באותו בית ספר, חוקרים את Nrf2 מזה עשרות שנים כמטרה מבטיחה לטיפול במחלות ניווניות של מערכת העצבים. בשנת 2022, גילו בני הזוג ג'ונסון ועמיתיהם כי הגברת פעילות Nrf2 בסוג מסוים של תאי מוח, אסטרוציטים, מסייעת בהגנה על נוירונים במודלים של עכברים של מחלת אלצהיימר, מה שמוביל להפחתה משמעותית של אובדן זיכרון.

בעוד שמחקרים קודמים הציעו כי הגברת פעילות Nrf2 עשויה להיות הבסיס לטיפול במחלת אלצהיימר, מדענים התקשו למקד ביעילות את החלבון במוח.

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

כעת הגיע ננו-חומר חדש. החומר הסינתטי, המכונה פולימר דמוי חלבון (PLP), נועד להיקשר לחלבונים כאילו היה חלבון בעצמו. חיקוי ננומטרי זה נוצר על ידי צוות בראשות נתן ג'אננצ'י, פרופסור לכימיה באוניברסיטת נורת'ווסטרן וחבר במכון הבינלאומי לננו-מדעי של האוניברסיטה.

ג'אנקי עיצב מספר חלבוני PLP (חלבון חמצוני מוחי) שמכוונים לחלבונים שונים. חלבון PLP זה נועד לשנות את האינטראקציה בין Nrf2 לחלבון אחר בשם Keap1. האינטראקציה בין חלבונים אלה, או מסלול הפעולה, היא מטרה ידועה לטיפול במצבים רבים מכיוון ש-Keap1 שולט מתי Nrf2 מגיב לעקה חמצונית ונלחם בה. בתנאים רגילים, Keap1 ו-Nrf2 קשורים זה לזה, אך כאשר הם נמצאים תחת לחץ, Keap1 משחרר את Nrf2 כדי לבצע את תפקידו נוגד החמצון.

"בדיוק במהלך שיחה, נתן ועמיתיו בגרוב ביופארמה, סטארט-אפ המתמקד במיקוד טיפולי של אינטראקציות בין חלבונים, הזכירו לרוברט שהם מתכננים למקד את Nrf2", אומר ג'ונסון. "ורוברט אמר, 'אם אתה מתכוון לעשות את זה, אתה צריך להתקשר לג'ף ג'ונסון'".

עד מהרה, ג'ונסון וג'אננצ'י דנו באפשרות שמעבדת אוניברסיטת ויסקונסין-מדיסון תספק את תאי המוח של מודלים של עכברים הדרושים לבדיקת הננו-חומר של ג'אננצ'י.

ג'פרי ג'ונסון אומר שהוא היה בתחילה סקפטי במקצת לגבי גישת ה-PLP, לאור חוסר היכרותו איתה והקושי הכללי למקד במדויק חלבונים בתאי מוח.

"אבל אז אחד התלמידים של נתן הגיע לכאן והשתמש בזה על הטלפונים הניידים שלנו, ולמען האמת, זה עבד ממש טוב", הוא אומר. "ואז באמת התעמקנו בזה."

המחקר מצא כי PLP של ג'אנקי היה יעיל ביותר בקישור ל-Keap1, משחרר את Nrf2 להצטבר בגרעיני התא, ומשפר את תפקודו נוגד החמצון. חשוב לציין, הוא עשה זאת מבלי לגרום לתופעות לוואי לא רצויות שמפריעות לאסטרטגיות אחרות של הפעלה של Nrf2.

למרות שעבודה זו נעשתה על תאים בתרבית, ג'ונסון וג'יאנקי מתכננים כעת לערוך מחקרים דומים על מודלים של עכברים של מחלות ניווניות של מערכת העצבים, תחום מחקר שלא ציפו להמשיך בו אך כעת הם נרגשים להמשיך בו.

"אין לנו את המומחיות לעבוד על חומרים ביולוגיים", אומרת דלינדה ג'ונסון. "אז קבלת זה מנורת'ווסטרן ולאחר מכן פיתוח נוסף של הצד הביולוגי כאן באוניברסיטת ויסקונסין מראה ששיתופי פעולה מסוג זה הם באמת חשובים."