Neurodegenerativni poremećaji kao što je Alchajmerova bolest pogađaju više od 270 miliona ljudi širom sveta. AD je vodeći uzrok demencije, što dovodi do gubitka pamćenja zbog atrofije neurona u hipokampusu, koji je deo mozga koji reguliše učenje i pamćenje.
Nanočestice dizajnirane da nose lekove pojavile su se kao strategija za lečenje različitih bolesti, ali u kontekstu neurodegenerativnih bolesti, veliki deo istraživanja se fokusirao na razvoj strategija za prelazak nanočestica preko krvno-moždane barijere i u ciljane regione mozga.
U novoj studiji, interdisciplinarni tim istraživača na Univerzitetu Ilinois Urbana-Champaign razvio je nanočestice koje su u stanju da se selektivno vežu za aktivirane astrocite i ćelije mikroglije koje posreduju u zapaljenju mozga u AD i otkrio je da AD i starenje snažno utiču na sposobnost nanočestica da pređu BBB i lokalizuju se u hipokampus.
BBB se sastoji od mreže krvnih sudova koji okružuju mozak koji čvrsto regulišu koji molekuli (uključujući lekove) mogu ući u mozak. BBB otežava nanočestice koje nose lekove da uđu u mozak, iako nanočestice mogu sprečiti da se lekovi „isperu“ ili da usput izgube svoju aktivnost kada prolaze kroz BBB. Međutim, istraživanja su pokazala da BBB slabi sa AD i godinama.
Ovo je inspirisalo tim istraživača predvođenih Joon Kongom (vođa M-CELS/EIRH/RBTE), profesorom hemijskog i biomolekularnog inženjeringa, i Hee Jung Chungom (M-CELS), vanrednim profesorom molekularne i integrativne fiziologije, da sintetišu nanočestica koja bi mogla da iskoristi prednost ovog kompromitovanog BBB-a i specifično se veže za reaktivne astrocite i ćelije mikroglije u hipokampusu osoba zahvaćenih AD.
„Mislim da su ljudi prevideli kako se vaskularna permeabilnost BBB menja sa patologijom AD“, rekao je Kong. „Mislili smo, umesto da stavljamo peptide ili proteine na nanočestice koji im mogu pomoći da prodru u BBB, kao što su drugi uradili, hajde da samo učinimo nanočestice dovoljno malim da mogu da iskoriste prednosti BBB-a i konstruišu ove čestice na način koji omogućava oni ostaju u mozgu na stabilan način.“
Nanočestice su dizajnirane da se vežu za CD44, protein ćelijske površine koji proizvode reaktivni astrociti i ćelije mikroglije, više nego neuroni, posebno tokom neuroinflamacije, što je obeležje regiona mozga zahvaćenih AD, kao što je hipokampus. Prednost vezivanja nanočestica za ove ćelije koje eksprimiraju CD44 je u tome što se nanočestice duže zadržavaju u hipokampusu umesto da se brzo ispiru, kaže Kong.
Istraživači su ubrizgali nanočestice koje traže CD44 u starije i mlađe miševe koji su ili imali AD ili su bili zdravi. Zatim su pogledali distribuciju nanočestica u hipokampusu kroz tretmane.
U hipokampu AD miševa, pronašli su visoke koncentracije nanočestica bez obzira na starost, iako su stariji AD miševi imali jače koncentracije od mlađih AD miševa. Istraživači kažu da je ovo bilo predviđeno i dalje pokazuje da su BBB kod osoba sa AD znatno oslabljene. Ne samo da su nanočestice mogle da prodru u BBB, već su se i duže zadržavale u hipokampusu, najmanje 2 sata nakon injekcije, sa preliminarnim podacima koji ukazuju na još duže zadržavanje.
U mozgu zdravih mladih miševa nisu pronađene nanočestice, što znači da su njihovi BBB netaknuti. Međutim, na iznenađenje tima, pronašli su značajnu količinu nanočestica u mozgu zdravih starijih miševa, što sugeriše da BBB znatno slabi sa starenjem, čak i kod onih bez AD.
„Ovaj nalaz je bio iznenađujući jer su stariji miševi u ovoj studiji ekvivalentni ljudskoj starosti od samo oko 60 godina“, rekao je Chung. „Znali smo da će doći do propuštanja BBB-a sa godinama, ali smo mislili da će biti mnogo manje prodiranja nanočestica u mozak nego što smo otkrili. Ovo naglašava da postoji prodiranje nanočestica u zavisnosti od starosti i bolesti u celom mozgu. BBB u duboke regije mozga pogođene AD.“
„Ova studija nudi dragocene uvide u unapređenje našeg razumevanja transporta nanočestica do mozga kod starenja i pacijenata sa Alchajmerovom bolešću“, rekao je Kai-Ju Huang, diplomirani student u Kongovoj laboratoriji. „To nas podstiče da razmišljamo o budućim strategijama za razvoj nano-nosača lekova za ciljanje upaljenih moždanih ćelija u različitim fazama poremećaja mozga povezanih sa starenjem.“
Prema istraživačima, sledeći korak je da pokušamo da dodamo lekove kandidate nanočesticama i vidimo da li bi oni mogli da poboljšaju kogniciju i pamćenje u AD mišjim modelima.
Oni takođe planiraju da izmere koliko dugo se njihove nanočestice mogu zadržati u mozgu, što bi moglo pomoći da se obezbedi duža i doslednija isporuka lekova pacijentima koji se leče nanočesticama u budućnosti. Tim se nada da će ovo otkriće pružiti smjernicu za dizajniranje nosača lijekova u budućnosti za liječenje bolesti, kako unutar mozga, tako i šire.
„Ovo se proteže dalje od samo mozga jer se ova tehnologija može koristiti za druge bolesti, a ne samo za bolesti mozga“, rekao je Chung. „Modifikovanjem površinskog dela nanočestica, možemo direktno da ciljamo različite organe, s obzirom da znamo nešto specifično za ciljanje unutar tih organa. Upotreba nanočestica u medicini ima široku i inovativnu primenu.“
Rad je objavljen u časopisu Nano Letters.
