Applicazioni dell'aptamero nelle neuroscienze Parte 3

3.2.2. Terapia del Parkinson

Per alleviare i sintomi della malattia di Parkinson (PD), sono stati selezionati due 58-aptameri di DNA lunghi nucleotidi specifici per la sintesi umana con valori Kd nell'intervallo nanomolare (2,4 nM e 3,1 nM).

La malattia di Parkinson è una malattia neurologica cronica e progressiva che si manifesta principalmente con rigidità degli arti, tremori e disturbi del movimento, ma può anche influenzare la memoria del paziente. Tuttavia, non dovremmo lasciarci prendere dalla negatività, poiché esistono diversi modi per aiutare a migliorare la memoria nelle persone affette da malattia di Parkinson.

Innanzitutto, l'esercizio fisico è un modo efficace per migliorare le capacità cognitive e le capacità di pensiero nelle persone con malattia di Parkinson. Gli studi hanno dimostrato che un esercizio moderato può aiutare a migliorare le capacità cognitive e la memoria di lavoro nei pazienti con malattia di Parkinson. Questo perché l'esercizio può favorire la circolazione sanguigna e l'apporto di ossigeno, aumentando così il numero e le connessioni dei neuroni nel cervello e rafforzando la "plasticità" dei neuroni, migliorando così la memoria.

In secondo luogo, migliorare la qualità del sonno può anche migliorare la memoria nei pazienti affetti dal morbo di Parkinson. Il sonno è un periodo critico per il cervello per consolidare e adattare i ricordi e le persone con malattia di Parkinson spesso soffrono di insonnia. Pertanto, creare un ambiente tranquillo e confortevole prima di andare a letto e mantenere un programma di sonno regolare può favorire un riposo migliore e una migliore prestazione della memoria.

Inoltre, le persone con malattia di Parkinson possono prendere in considerazione tecniche di miglioramento della memoria come creare elenchi e prendere appunti. Queste tecniche possono aiutare le persone affette da malattia di Parkinson a gestire meglio i propri compiti e le informazioni di memoria, portando a migliori prestazioni della memoria.

Infine, anche le persone affette da malattia di Parkinson dovrebbero essere incoraggiate a partecipare ad eventi sociali e ad attività di gruppo. Queste esperienze possono aiutare i pazienti a mantenere la mente attiva e stimolata, a migliorare la fiducia in se stessi e l'autostima e quindi ad affrontare meglio i problemi di memoria della malattia di Parkinson.

Nel complesso, sebbene la malattia di Parkinson possa influenzare la capacità di memoria, adottare il giusto approccio per promuovere l'esercizio fisico, migliorare il sonno, applicare le capacità di memoria e avere una vita sociale attiva può aiutare i pazienti a migliorare la memoria e la funzione cognitiva. E mantenere un atteggiamento positivo nei confronti della vita. Si può vedere che abbiamo bisogno di migliorare la memoria, e la Cistanche deserticola può migliorare significativamente la memoria, perché la Cistanche deserticola può anche regolare l'equilibrio dei neurotrasmettitori, come ad esempio aumentare i livelli di acetilcolina e i fattori di crescita. Queste sostanze sono molto importanti per la memoria e l'apprendimento. Inoltre, Cistanche deserticola può anche migliorare il flusso sanguigno e promuovere l’apporto di ossigeno, il che può garantire che il cervello riceva nutrienti ed energia sufficienti, migliorando così la vitalità e la resistenza del cervello.

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Questi aptameri hanno ridotto efficacemente l'aggregazione in vitro e la degradazione intracellulare della -syn è stata potenziata da entrambi gli aptameri. La disfunzione mitocondriale e i difetti cellulari dovuti alla sovraespressione di questa proteina sono stati conseguentemente risolti [107].

Lo stesso gruppo ha studiato l'effetto in vivo di questi aptameri. Per spostare gli aptameri attraverso la BEE, hanno confezionato gli aptameri in esosomi con peptidi di glicoproteina virale della rabbia (RVG) specifici per i neuroni espressi in superficie.

Hanno osservato che l'accumulo di -syn e i deficit neuropatologici e comportamentali erano ridotti e i disturbi motori erano migliorati in un modello murino [108]. Sebbene questo studio evidenzi il potenziale terapeutico degli aptameri, sono necessari ulteriori studi per prendere di mira altre proteine ​​correlate al PD, come DJ-1, LRRK2, DRP-1 e Rab GTPasi, nonché -syn.

3.3. Sclerosi multipla

La sclerosi multipla (SM) è una malattia autoimmune in cui le guaine mieliniche che circondano gli assoni neuronali nel cervello e nel midollo spinale vengono distrutte. La progressione della malattia è altamente imprevedibile e refrattiva al trattamento nelle fasi successive.

Le patologie caratteristiche della malattia sono l'attivazione anormale della microglia e degli astrociti, che provoca oligodendrociti e degenerazione delle cellule neuronali.

Sebbene non esista una cura o una diagnosi efficace per la malattia, il numero di pazienti affetti da SM nel mondo è superiore a 2,5 milioni [109]. Non sono disponibili biomarcatori specifici in grado di identificare la SM nelle fasi iniziali della sua progressione, le terapie antinfiammatorie hanno fallito e prevengono solo le ricadute.

3.3.1. Diagnostica della SM

Una potenziale soluzione al problema della diagnosi è venuta da uno studio su pazienti affetti da SM e volontari sani come controlli, utilizzando aptameri di DNA modificato (SOMAscan®) per misurare più di 1.000 proteine ​​nel liquido cerebrospinale.

Circa la metà dei 431 soggetti sono stati utilizzati come set di addestramento e l'altra metà come set di validazione per testare la capacità predittiva dei cluster di biomarcatori identificati. Questo screening in cieco ha identificato il cluster di astrociti 8 (SERPINA3, MMP7, CLIC1 e GZMA) e il cluster microgliale 2 (TNFRSF25 e DSG2) elevati nella SM e correlati in modo significativo con la gravità della SM [110].

Le proteine ​​del cluster 8 degli astrociti si sovrapponevano a quelle segnalate come associate agli astrociti neurotossici (A1) ed è stato dimostrato che vengono secrete in vitro dalle cellule mononucleari primarie del sangue periferico in risposta al lipopolisaccaride, uno stimolo infiammatorio. Essendo una malattia autoimmune, la presenza di autoanticorpi responsabili per la demielinizzazione può anche essere una base per la diagnosi di SM.

È stato descritto un microsaggio bioluminescente di tipo sandwich in fase solida per rilevare gli autoanticorpi correlati al siero inumano della SM. Questo test si basa su un sandwich tra due autoanticorpi specifici per la proteina basica della formielina aptameri di RNA, un aptamero legato a una superficie e l'altro legato alla fotoproteina, obelin, come reporter.

L'applicazione del test ha incluso 91 campioni di siero di pazienti affetti da SM ed è stata confrontata con 86 campioni di siero di individui sani. Sulla base della curva ricevitore-operatore, con un'area sotto la curva di 0,87, un valore soglia clinico è stato definito come sensibilità del 64% e specificità del 94%.

Il valore predittivo negativo (NPV) del 96% e il rapporto di verosimiglianza di 10,96 supportano il valore diagnostico di questo test per i test sulla SM [111].

3.3.2. Terapia della SM

È stato dimostrato che il legame degli anticorpi IgM naturali agli oligodendrociti promuove la rimielinizzazione delle lesioni del sistema nervoso centrale nel topo [112]. Tuttavia, gli anticorpi IgM sono limitati all’uso in vivo per il trattamento della SM a causa delle loro dimensioni, complessità e immunogenicità.

Pertanto, è di grande interesse scoprire piccole molecole specifiche della mielinizzazione e che abbiano il potenziale per essere utilizzate per la rimielinizzazione terapeutica. A questo scopo è stato identificato un40-aptamero di DNA nucleotidico, LJM-3064.

La sua iniezione peritoneale ha portato alla promozione della rimielinizzazione nelle lesioni del sistema nervoso centrale nei topi. È importante notare che LJM3064 ha un G-quadruplex che forma una sequenza ricca di guanosina. In un altro studio, lo stesso aptamero LJM-3064 è stato funzionalizzato con acido carbossilico e coniugato ai gruppi amminici della superficie dell'esosoma.

È stato dimostrato che questa coniugazione promuove la proliferazione di un tipo di cellule gliali, gli oligodendrociti, che svolgono un ruolo importante nella formazione della guaina mielinica. Quando le cellule sono state somministrate a topi femmine, la risposta infiammatoria è stata soppressa e le lesioni nel sistema nervoso centrale sono state ridotte.

Il sistema fornisce un nuovo approccio con una realtà clinica efficace per la gestione della gravità della SM con l'aiuto degli aptameri LJM-3064 [113]. Pertanto, LJM-3604 può rappresentare un'alternativa agli anticorpi monoclonali per il trattamento della SM [114,115].

3.4. Sclerosi laterale amiotrofica

La disregolazione o l'alterazione dei livelli di espressione dei recettori è stata dimostrata in varie malattie. I recettori AMPA attivati ​​in modo anomalo, associati alla sclerosi laterale amiotrofica (SLA), sono potenziali farmaci candidati per il trattamento della SLA.

L'RNAaptamero AN58, prodotto contro il recettore AMPA flip GluR2Q, ha inibito competitivamente il recettore. La sua affinità nanomolare è migliore di NBQX, uno dei migliori inibitori competitivi attuali. AN58 ha dimostrato la massima affinità verso GluR2 e una maggiore selettività per GluR4 tra tutte le subunità del recettore AMPA. In breve, AN58 è un potenziale inibitore con affinità nM dei recettori GluR2 AMPA [116].

Un'altra caratteristica della patologia della SLA è l'accumulo tossico della proteina legante il DNA TAR 43 (TDP-43). L'interazione di TDP-43 con l'RNA determina la regolazione della trascrizione, dello splicing, del trasporto e della traduzione dell'RNA. Zacco et al. ha dimostrato che i partner nativi di TDP-43 possono essere utilizzati per inibirne l'aggregazione.

Questa inibizione avviene in modo dipendente dalla lunghezza, in modo tale che gli oligo più corti interferiscono con l'aggregazione meglio di quelli lunghi. Il loro studio indica la possibilità di aumentare la solubilità delle proteine ​​utilizzando un'interazione naturale che può essere adattata come nuovo approccio terapeutico [117].

3.5. Malattia di Huntington

La malattia di Huntington (HD) è una malattia ereditaria incurabile che compromette le funzioni motorie e cognitive. La proteina Huntingtina (HTT) è essenziale per lo sviluppo neuronale; tuttavia, alcune mutazioni portano allo sviluppo della patologia MH. L'aumento del numero di ripetizioni CAG determina l'allungamento di un tratto di poliglutammina dell'HTT e lo converte in proteina atossica, che causa la MH.

Similmente all’AD e al PD, l’inibizione dell’aggregazione proteica è una strategia promettente per rallentare o arrestare la progressione della MH [118]. Come accennato in precedenza, gli aptameri, essendo da bassi a non immunogenici e non tossici, emergono come validi candidati per interferire con l'interazione proteina-proteina e inibire l'aggregazione proteica tossica in tali malattie. Aptameri di RNA ad alta affinità sono stati selezionati contro mHTT monomerico (51Q-HTT) e hanno dimostrato di inibiscono efficacemente la sua aggregazione in vitro.

Tale inibizione ha ridotto lo stress ossidativo nei globuli rossi (RBC) ed è associata a una ridotta perdita di fluorescenza indotta dalla tioflavina dai liposomi.

La presenza di aptameri ha risolto un difetto endocitotico e ha bloccato il sequestro della gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi da parte dell'mHTT aggregato in un modello di lievito di Huntington. Alcuni di questi aptameri non riconoscevano il 20Q-HTT, non patogeno, e alcuni aumentavano il numero di mHTT nella frazione solubile del lievito.

Quando coespressi, due aptameri di successo hanno aumentato l'efficienza dell'inibizione dell'aggregazione e migliorato la sopravvivenza cellulare. Questo studio implica che l’uso degli aptameri potrebbe essere una strategia praticabile per rallentare il decorso della MH [119].

Gli allungamenti della lpoligamiamil provocano lievi cambiamenti nella struttura dell'HTT 3D che ne modifica l'attività. La modulazione indiretta della struttura interessata utilizzando questa regione allungata sulla proteina potrebbe fornire un approccio alternativo al trattamento.

Gli aptameri del DNA che formano G-quadruplex (da MS1 a MS4) che legano mHTT hanno ridotto significativamente l'attivazione da parte di mHTT dell'attività di trimetilazione (H3K27me3) dell'istone basale H3 lisina 27 del complesso policombrepressivo 2 (PRC2) nelle cellule progenitrici neuronali (NPC) di un individuo con HD, ma non negli NPC di un individuo sano [120].

Con questo studio, gli aptameri del DNA sono stati applicati con successo per colpire preferenzialmente l'mHTT e modularne l'attività. Questi due esempi forniscono nuovi approcci basati sulla struttura per trattamenti efficaci della tossicità dell'mHTT.

3.6. Malattia da prioni

Le encefalopatie spongiformi trasmissibili (TSE) sono un tipo di disturbo neurodegenerativo che colpisce i mammiferi ECT. L'agente patologico associato a queste malattie è la proteina prionica misfolded (PrP).

I meccanismi molecolari che determinano i cambiamenti strutturali che convertono la PrP cellulare (PrPC) in un conformero patogeno (PrPSc) sono solo parzialmente compresi, con l'ipotesi più comune che un cofattore molecolare, agendo come catalizzatore, favorisca la transizione dalla PrPC. a PrPSc [121]. Sono state identificate tre sequenze di aptameri che formano G-quadruplex per diverse forme di PrP [122].

È stato riportato che questi quadruplex hanno un'elevata affinità e specificità verso la PrP (Kd: 62 nM–630 nM) e una debole affinità per l'oligomero PrP- che imita lo stadio iniziale della formazione di PrPSc. Mediante varie analisi, tra cui ITC, SPR e spettroscopia CD, un legame ad alta affinità per PrP è stato associato a una struttura quadruplex, tura e domini terminali PrP erano necessari per il legame dell'aptamero.

Questo studio ha anche fornito prove di un reciproco srotolamento dell'acido nucleico e delle proteine ​​in seguito alla loro interazione. l'attività quadrupla di avvolgimento della PrP è stata effettuata dal dominio N-terminale intrinsecamente non strutturato e i DNA hanno promosso lo spiegamento del dominio C-terminale strutturato della PrP.

3.7. Tumori al cervello

I tumori al cervello sono tra le forme di cancro più fatali. Ad esempio, circa due terzi degli adulti con diagnosi di glioblastoma (un tipo di cancro al cervello) perdono la vita entro due anni. I tumori cerebrali sono anche i più comuni e letali tra tutti i tumori solidi pediatrici.

I bambini che sopravvivono a questi tumori spesso soffrono anche delle conseguenze a lungo termine degli interventi medici necessari, come interventi chirurgici e chemioterapie. I gliomi (glioblastoma, ependimomi, astrocitomi e oligodendrogliomi) costituiscono quasi l'80% di tutti i tumori maligni primari del cervello.

Il glioblastoma multiforme (GBM) è il tipo di astrocitoma primario più frequentemente osservato e costituisce quasi il 60% di tutti i tumori cerebrali negli adulti [123]. Il gliosarcoma, una variante del GBM, è una forma maligna altamente aggressiva di tumore cerebrale metastatico.

Sebbene le tecniche basate sulla morfologia del tumore (p. es., risonanza magnetica, biopsia istopatologica) per distinguere il gliosarcoma da altri GBM, la diagnosi precoce di questa malattia aggressiva è ancora scarsa e la sopravvivenza dei pazienti dopo la diagnosi è generalmente inferiore a un anno.

Inoltre, i metodi di trattamento convenzionali per il GBM, come la radioterapia, la chemioterapia e le loro combinazioni, non sono efficaci. L’attività anormale delle cellule tumorali e la loro resistenza alla chemioterapia e alla radioterapia sono le ragioni principali del più alto tasso di mortalità del GBM [124].

Pertanto, sarebbe un progresso significativo scoprire molecole specifiche mirate al gliosarcoma per la diagnosi precoce e per trattamenti quali l’inibizione dell’attività delle cellule GBM e l’aumento della radiosensibilità [125].

3.7.1. Imaging del cervello

Il trattamento dei tumori cerebrali rappresenta una sfida per i medici a causa della permeabilità selettiva della BBB [126]. La BEE è costituita da uno strato di cellule endoteliali specializzate che controllano il passaggio molecolare nel tessuto cerebrale e impediscono l'ingresso di molte molecole per mantenere il sistema nervoso centrale (SNC) in uno stato stazionario.

Sono state sviluppate diverse tecniche per penetrare la BBB. Le tecniche invasive si basano sulla violazione fisica della BBB utilizzando tecniche come gli ultrasuoni, l'osmosi o trattamenti chimici. Le tecniche non invasive, d'altro canto, non interrompono l'integrità della BBB ma utilizzano sostanze chimiche in grado di attraversare la BBB [127]. L'imaging consente l'osservazione delle caratteristiche del cervello senza procedure invasive.

I più recenti progressi nell’imaging cerebrale stanno consentendo di indagare i modelli dinamici di connettività tra diverse regioni, che sono importanti per l’apprendimento e la memoria. Le immagini del cervello forniscono informazioni sulle malattie correlate al cervello e possono essere create con varie tecniche, tra cui la risonanza magnetica (MRI), la risonanza magnetica funzionale (fMRI) e la tomografia a emissione di positroni (PET) [128].

La risonanza magnetica è una tecnica efficace che fornisce immagini tridimensionali non invasive di organismi viventi. Per fornire il contrasto dell'immagine vengono utilizzati agenti di contrasto, che di solito sono a base di complessi di gadolinio (Gd3+). DOPTA-Gd, forse il primo agente di contrasto specifico per MRI, risponde al Ca2+ con una variazione nel segnale T1 in un segnale MRI di Gdrelaxività. Sebbene da allora siano stati sviluppati altri agenti di contrasto ione-specifici [129], essi sono ancora migliori e sono necessari ulteriori agenti di contrasto che consentano l'imaging di piccole molecole.

La relassività T1 di Gd cambia con il suo tempo di correlazione rotazionale, che è una funzione della massa molecolare della molecola legata a Gd. Gli aptameri dell'acido nucleico hanno il potenziale per essere utilizzati a questo scopo perché l'ibridazione con un complemento può essere alterata dal legame dell'aptamero bersaglio.

Ad esempio, l'aptamero dell'adenosina è stato legato alla streptavidina e ibridato con un oligonucleotide complementare più corto che era legato a Gd. In presenza di adenosina, l'aptamero si ripiegava attorno al suo bersaglio e si dissociava dall'oligonucleotide Gd complementare.

Pertanto, il Gd è passato dall'essere associato ad una molecola grande (~70 kDa) a una molecola piccola (~4 kDa) con una conseguente diminuzione della relassività e conseguente aumento di T1 [130].

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