Applicazioni dell'aptamero nelle neuroscienze Parte 4

La PET è un altro metodo di imaging altamente efficace utilizzato nella diagnostica clinica poiché può fornire una risoluzione tomografica a qualsiasi profondità del tessuto.

La PET, tomografia a emissione di positroni, è una tecnologia di imaging medico che può essere utilizzata per rilevare lo stato funzionale e metabolico di vari organi e tessuti. Negli ultimi anni, le scansioni PET sono state ampiamente utilizzate anche per studiare la memoria.

Gli studi hanno scoperto che le scansioni PET possono rilevare l’attività metabolica e il flusso sanguigno nel cervello, che sono strettamente correlati alle capacità cognitive e di memoria umane. Le scansioni PET possono essere utilizzate per osservare se ci sono anomalie nelle aree legate alla cognizione e alla memoria e come trasmettono ed elaborano le informazioni.

L'applicazione della scansione PET ha consentito agli scienziati di compiere enormi progressi nello studio del sistema nervoso. Ad esempio, uno studio ha scoperto che il metabolismo cerebrale degli anziani è più lento di quello dei giovani, il che è uno dei motivi principali per cui gli anziani sperimentano perdita di memoria e declino cognitivo. Inoltre, le scansioni PET possono rilevare segni di malattie neurologiche, come le malattie neurodegenerative e il morbo di Alzheimer. Ciò può aiutare i medici a diagnosticare e curare precocemente queste malattie per alleviare il più possibile la sofferenza dei pazienti.

Inoltre, come abbiamo capito, la memoria è un processo neurale complesso. La tecnologia di scansione PET ci consente di comprendere meglio il processo di formazione e conservazione della memoria. Questo ci aiuta a sviluppare metodi migliori di allenamento della memoria in modo che le persone possano padroneggiare meglio conoscenze e abilità.

In sintesi, l’uso delle scansioni PET nello studio della memoria ci fornisce dati più completi e una comprensione più profonda. Attraverso questa tecnologia, possiamo comprendere, valutare e migliorare meglio la nostra memoria e le nostre capacità cognitive per adattarci meglio allo sviluppo sociale e alla vita quotidiana. Si può vedere che abbiamo bisogno di migliorare la memoria, e la Cistanche deserticola può migliorare significativamente la memoria perché la Cistanche deserticola è un materiale medicinale tradizionale cinese che ha molti effetti unici, uno dei quali è quello di migliorare la memoria. L'efficacia di Cistanche deserticola deriva dai numerosi principi attivi che contiene, tra cui acido tannico, polisaccaridi, glicosidi flavonoidi, ecc. Questi ingredienti possono promuovere la salute del cervello in vari modi.

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L'imaging PET si basa su radioisotopi che emettono positroni, come 13N, 18F, 11C, 64Cu, 124I e 68Ga. L'isotopo del fluoro (18F) viene spesso utilizzato grazie alla sua vantaggiosa emivita di circa 110 minuti, alla produzione senza sforzo, al decadimento pulito e alla bassa emissione di energia.

Per quanto riguarda la MRI, la sfida più importante per la PET è progettare agenti di imaging target-specifici [128]. A questo scopo, è stato dimostrato che l'aptamero della trombina può essere fotochimicamente coniugato con il fluoruro di 3-azido-5-nitrobenzil ([18F]ANBF) [70].

Inoltre, l’imaging PET basato su aptameri marcati con 18F è stato riportato per proteine ​​come la tenascina C [131], la proteina tirosina chinasi 7 [132] e il recettore EGF [133].

3.7.2. Diagnosi

La variante III del recettore del fattore di crescita epidermico (EGFRvIII), che è oncogenico a causa della sua attivazione costitutiva piuttosto che essere regolata dai ligandi dell'EGFR, aumenta la gliomatumorogenicità e la resistenza al trattamento [134]. Le cellule U87-EGFRvIII che sovraesprimono EGFRvIII sono state utilizzate per ottenere aptameri di DNA che modificavano il tasso di crescita cellulare e aumentavano la radiosensibilità [135].

La capacità di legame degli aptameri (U2, U8, U19 e U31) all'U87-EGFRvIII è stata confermata tramite citometria a flusso e analisi al microscopio confocale. L'aptamero ha inibito la proliferazione e le metastasi delle cellule tumorali (U87) e ha influenzato gli eventi di segnalazione a valle dell'EGFR.

Inoltre, sono state sviluppate diverse varianti di questo aptamero mediante una serie di modifiche. Mentre il troncamento ne ha aumentato la specificità, l'inserimento di GCpair nel gambo della forcina ha fornito una maggiore stabilità termica. Gli aptameri con modificazioni del pirene identificati con l'aiuto del docking molecolare hanno aumentato l'affinità dell'aptamero con le molecole bersaglio [136]. Inoltre, l'U2 marcato con 118Re ha dimostrato un effetto antitumorale in vivo.

Questi risultati promettenti incoraggiano l’applicazione dell’aptamero U2 come nuovo agente terapeutico nei sistemi di somministrazione mirata di farmaci [125]. La maggior parte delle terapie attuali ha fallito a causa della bassa specificità dell’agente terapeutico che presenta effetti avversi.

L'obiettivo principale della terapia mirata è aumentare la selettività dei farmaci e ridurre gli effetti collaterali "fuori bersaglio". Un approccio per raggiungere questo obiettivo è attraverso sistemi di somministrazione di farmaci che utilizzano ligandi specifici della malattia come i coniugati aptamero-farmaco (ApDC) [137].

La prodigiosina prodotta dal batterio Serratia marcescens è citotossica con proprietà antitumorali e antimalariche. Uno dei suoi derivati, la prodigiosina 25-C, ha attività immunosoppressiva. Un aptamero coniugato con prodigiosina prende di mira specificamente le superfici delle cellule del cancro al cervello.

Utilizzando uno strumento di modellazione molecolare, il software di progettazione Ascalaph, il recettore del glutammato e vari aptameri è stato consentito di interagire nell'insieme NVT per la durata di 50 ns e a 310 K. Da questo studio di simulazione, sono stati identificati cinque aptameri candidati in base alla loro energia intermolecolare delta (∆INME). Per confermare i dati della simulazione, questi aptameri selezionati sono stati incubati individualmente con cellule tumorali cerebrali e cellule cerebrali normali.

Infine, è stata calcolata la percentuale di legame specifico di ciascun aptamero per entrambi i tipi di cellule. È stato osservato che gli aptameri 8, 10,11, 23 e 69 hanno la capacità di colpire gli epitopi di tutte le cellule tumorali cerebrali con elevata affinità e basso ∆ INME. Inoltre, tra questi, l’aptamero 10 è stato adsorbito dalle cellule tumorali cerebrali a livelli elevati e il suo adsorbimento da parte delle cellule normali era drammaticamente basso [138].

Come accennato in precedenza, una delle principali limitazioni del trattamento dei disturbi cerebrali è la BBB, che impedisce alla maggior parte delle piccole molecole di entrare nel cervello. La necessità di un targeting tessuto-specifico è un altro fattore limitante. La somministrazione di farmaci alle principali aree malate del cervello è un approccio essenziale per una terapia efficace.

La transferrina (Tf), presente sulle membrane delle cellule endoteliali della BBB, consente alle molecole di attraversare la BEE [139–141]. In uno studio recente, un aptamero che prende di mira il recettore Tf (TfR) è stato fuso con un aptamero che si lega alle cellule tumorali che esprimono EpCAM (molecola di adesione delle cellule epiteliali) [142]. Il coniugato aptamero ha mantenuto la specificità e ha dimostrato un'affinità di legame migliorata per EpCAM e TfR.

La transcitosi di questi aptameri attraverso la BEE è stata confermata in vivo dopo un'iniezione di 1-nmolin. Questo studio ha dimostrato che le chimere aptameriche bifunzionali possono superare la BBB e hanno il potenziale per trattare specificamente i disturbi cerebrali.

Utilizzando una strategia simile con le particelle, alle nanoparticelle (MRN) di rutenio mesoporoso [Ru (bpy) 2 (punta)]2+ (RBT) è stata fornita una funzione a doppio targeting, ottenuta dall'aptamero AS1411 (Apt) e Tf si è innestato sulle superfici MRN determinando un'elevata capacità di caricamento dei farmaci antitumorali [143]. Questo nanosistema RBT@MRN-SS-Tf/Apt ha consentito un'efficace penetrazione della BBB da parte di Tf e un targeting specifico per uccidere le cellule di glioma in vitro e in vivo.

Inoltre, la produzione di specie reattive dell'ossigeno (ROS) da parte di [Ru (bpy) 2 (punta)]2+ ha indotto l'apoptosi delle cellule di glioma sotto irradiazione laser, consentendo la terapia fotodinamica (PDT), che ha dimostrato di aumentare il periodo di sopravvivenza.

Questi approcci di somministrazione di farmaci dimostrano che prendere di mira il TfR può essere un mezzo efficace per spostare il carico attraverso la BEE e che le chimere aptameriche possono essere utilizzate in modo efficiente a questo scopo per trattare tumori cerebrali e altre malattie cerebrali del sistema nervoso centrale. I piccoli RNA interferenti (siRNA) hanno la capacità capacità di silenziamento genico sequenza-specifica, che li rende strumenti terapeutici alternativi.

Tuttavia, il rilascio di siRNA nelle cellule bersaglio è stato impegnativo, con numerosi sistemi di rilascio di siRNA basati su aptameri sviluppati per migliorare l’efficacia dei siRNA [66]. Il rilascio specifico di siRNA STAT3 in cellule GBM è stato ottenuto utilizzando un aptamero chimerico costituito da un siRNA mirato a STAT3 (trasduttore di segnale e attivatore della trascrizione 3) coniugato con un Gint4.

Aptamer mirato al PDGFR (recettore del fattore di crescita derivato dalle piastrine). STAT3 è un regolatore chiave del sottotipo aggressivo di glioblastoma mesenchimale. L'erogazione del sistema e il silenziamento di STAT3 sono stati determinati nelle cellule GBM positive a PDGFR. È stato anche dimostrato che il sistema chimerico riduce la vitalità e la migrazione cellulare in vitro e inibisce la crescita tumorale e l'angiogenesi in vivo [144].

Gli aptameri possono essere utilizzati per la diagnosi, poiché si legano specificamente a una varietà di linee cellulari di glioblastoma rispetto ad altre linee cellulari tumorali con Kds compreso tra 78 e 168 nM [63]. Una famiglia di aptameri del DNA è stata selezionata e ottimizzata per legare una linea cellulare di gliosarcoma (K308) utilizzando cell-SELEX [145].

Hanno valori Kd nell'intervallo nanomolare con l'aptamero con la più alta affinità (WQY-9) avente un Kd di 21 nM. WQY-9 era altamente selettivo per le cellule K308 ed è stato internalizzato da K308 a 37 ◦C. Quando testata su campioni di tessuto inclusi in paraffina, la versione troncata di WQY-9 (WQY-9-B) ha colorato il 73% (11 su 15) dei campioni di gliosarcoma rispetto al 17% di 12 campioni normali.

Una sequenza casuale di DNA ha colorato rispettivamente il 13 e il 20% dei campioni di gliosarcoma e normali. Cell-SELEX ha inoltre selezionato un aptamero di RNA (H02) che lega l'integrina alfa-5-beta-1 ed è in grado di distinguere tra linee cellulari di glioblastoma e tessuti da xenotrapianti tumorali derivati ​​da pazienti nei test di citofluorescenza e istofluorescenza [146].

Pertanto, ci sono diversi aptameri che promettono applicazioni per produrre strumenti diagnostici per il gliosarcoma più efficaci. Alcuni degli aptameri sono elencati nella Tabella 3.

4. Conclusioni e prospettive future

I paesi con popolazioni che invecchiano rapidamente si troveranno a dover affrontare in futuro la sfida di un numero crescente di persone affette da diverse malattie neurodegenerative. Entro il 2050, oltre due miliardi di persone avranno più di 60 anni e il numero di persone con più di 80 anni sarà triplicato, passando dagli attuali 137 milioni a 425 milioni.

Si prevede che questo aumento del numero di anziani sarà accompagnato da un aumento proporzionale del numero di pazienti affetti da malattie neurologiche.

Si prevede anche un aumento dell'incidenza dei tumori cerebrali, sia perché l'incidenza del cancro aumenta con l'età sia perché è probabilmente esacerbata dalla ridotta efficienza dei meccanismi di riparazione nel cervello anziano.

Questo aumento di pazienti con malattie neurologiche e tumori al cervello potrebbe essere ridotto se si comprendessero i fattori che rendono gli anziani suscettibili ai disturbi neurologici e i meccanismi di accumulo delle proteine, la compromissione della degradazione degli aggregati e la morte delle cellule neuronali e si sviluppassero diagnosi e trattamenti appropriati.

Pertanto, la comprensione delle basi fondamentali delle malattie neurologiche e dei tumori cerebrali e il loro impatto sull'invecchiamento consentirà di identificare i mezzi per prevenirli o curarli e migliorare la qualità della vita di molte persone in età avanzata.

Gli anticorpi sono attualmente il mezzo principale di diagnosi dei biomarcatori molecolari delle malattie neurologiche, in particolare dei biomarcatori proteici. Tuttavia, gli anticorpi sono costosi da produrre, presentano variazioni da lotto a lotto che richiedono un controllo di qualità approfondito e richiedono la conservazione refrigerata. Se usati a scopo terapeutico, anche gli anticorpi devono essere prima “umanizzati” per evitare il rigetto immunitario.

Le opportunità di diagnosi e terapie possono essere ampliate con l’inclusione di aptameri specifici per biomarcatori di malattie e costrutti di aptameri che possono essere utilizzati per affrontare le sfide terapeutiche.

Sebbene gli aptameri offrano vantaggi e molte nuove opportunità per applicazioni diagnostiche e terapeutiche, la loro rappresentazione nella diagnostica e nella terapeutica moderne è scarsa.

Rispetto agli anticorpi, gli aptameri sono molecole scoperte relativamente di recente e il loro sviluppo in agenti diagnostici e terapeutici approvati richiederà tempo. In questa recensione, abbiamo riassunto gli aptameri disponibili utilizzati per la diagnosi e la terapia e li abbiamo elencati con sequenze e proprietà nella Tabella 3.

Tuttavia, esistono molti altri potenziali bersagli aptameri con collegamenti a malattie neurologiche tra cui LRRK2, Parkin,PINK1, DRP-1, DJ-1, UBQLN2, C9orf72, NEK-1 e FAS.

Con l'ulteriore ottimizzazione della loro funzione e la standardizzazione della loro caratterizzazione, si prevede che l'applicazione degli aptameri acquisirà slancio e offrirà molte nuove opportunità in ambito diagnostico e terapeutico nel campo delle neuroscienze.

Contributi degli autori: tutti gli autori hanno letto e accettato la versione pubblicata del manoscritto.

Finanziamento: questo articolo è sostenuto dal Consiglio di ricerca scientifica e tecnologica della Turchia (TÜB˙ITAK) 3501 (Programma di sviluppo della carriera), numero di progetto 119S845.

Dichiarazione del Comitato di Revisione Istituzionale: Non applicabile.

Dichiarazione di consenso informato: non applicabile.

Dichiarazione sulla disponibilità dei dati: in questo studio non sono stati creati o analizzati nuovi dati. La condivisione dei dati non si applica a questo articolo.

Conflitti di interessi: gli autori non dichiarano alcun conflitto di interessi.

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