Международная группа ученых сообщила о впечатляющем прорыве в лечении болезни Альцгеймера у мышей с помощью специально разработанных наночастиц, которые выполняют гораздо больше, чем просто доставку лекарства. Эти микроскопические частицы сами по себе действуют как лекарство, помогая мозгу восстановить собственную естественную систему очистки и значительно сокращая накопление токсичных белков, связанных с болезнью Альцгеймера.
Работу возглавили ученые из Института биоинженерии Каталонии (IBEC) и Западно-Китайской больницы Университета Сычуань (WCHSU) совместно с коллегами из Великобритании. Их открытия были опубликованы в журнале Signal Transduction and Targeted Therapy.
Вместо того чтобы сосредоточиться непосредственно на поврежденных нейронах, ученые нацелились на гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) — защитную сеть клеток и кровеносных сосудов, которая контролирует то, что поступает в мозг и выходит из него. При болезни Альцгеймера эта система постепенно разрушается, позволяя вредным белкам накапливаться и со временем повреждая функции мозга.
Исследователи разработали биологически активные наночастицы, называемые “супрамолекулярными препаратами”, чтобы помочь восстановить этот барьер и возобновить способность мозга удалять отходы.
Человеческий мозг потребляет огромное количество энергии. У взрослых он потребляет около 20% от общего запаса энергии организма, а у детей этот показатель может достигать 60%. Чтобы удовлетворить эти потребности, мозг зависит от чрезвычайно плотной сети кровеносных сосудов. По оценкам ученых, мозг содержит примерно один миллиард капилляров, причем почти каждый нейрон подключен к собственному кровоснабжению.
Все больше данных свидетельствует о том, что эти кровеносные сосуды играют гораздо более важную роль в развитии деменции, чем считалось ранее. Многие исследователи сейчас полагают, что повреждение сосудов — это не просто побочный эффект болезни Альцгеймера, а фактор, который может активно способствовать ее прогрессированию. Недавние исследования также установили связь между нарушением гематоэнцефалического барьера и ранним когнитивным снижением, а также усиленным накоплением токсичных белков.
В здоровом состоянии гематоэнцефалический барьер помогает выводить продукты жизнедеятельности из мозга, одновременно блокируя проникновение вредных веществ, таких как токсины и патогены. Одним из важнейших отходных белков является бета-амилоид — липкое вещество, образующее бляшки, связанные с болезнью Альцгеймера.
У пациентов с болезнью Альцгеймера система удаления отходов из мозга начинает давать сбои. По мере накопления амилоида-? нейроны повреждаются, а проблемы с памятью усугубляются.
Для тестирования новой терапии исследователи использовали генетически модифицированных мышей, у которых развивается высокий уровень амилоида-? и прогрессирующее снижение когнитивных функций, схожее с болезнью Альцгеймера у людей. Животные получили всего 3 дозы наночастиц. Эффект проявился быстро.
“Уже через 1 час после инъекции мы наблюдали снижение количества бета-амилоида в мозге на 50–60%”, — объясняет Цзюньян Чен, первый соавтор исследования, научный сотрудник Западно-Китайской больницы Университета Сычуань и аспирант Университетского колледжа Лондона (UCL).
Долгосрочные результаты оказались еще более впечатляющими. Ученые наблюдали за животными в течение нескольких месяцев, проводя тесты поведения и памяти, охватывающие различные стадии прогрессирования заболевания.
В одном эксперименте исследователи провели лечение 12-месячной мыши (эквивалент 60-летнего человека) и провели оценку через шесть месяцев. К тому моменту животное было примерно сопоставимо с 90-летним человеком. Несмотря на свой возраст, мышь вела себя так же, как здоровое животное, без признаков ухудшения состояния, связанного с болезнью Альцгеймера.
“Долгосрочный эффект обусловлен восстановлением сосудистой системы мозга. Мы полагаем, что это работает как каскад: когда накапливаются токсичные вещества, такие как бета-амилоид, болезнь прогрессирует. Но как только сосудистая система снова начинает функционировать, она начинает выводить бета-амилоид и другие вредные молекулы, позволяя всей системе восстановить равновесие. Примечательно то, что наши наночастицы действуют как лекарство и, по-видимому, активируют механизм обратной связи, который возвращает этот путь выведения к нормальному уровню”, — сказал Джузеппе Батталья, исследовательский профессор ICREA в IBEC, главный исследователь Группы молекулярной бионики и руководитель исследования.
Одним из основных объектов исследования стал белок LRP1, который действует как молекулярная транспортная система в гематоэнцефалическом барьере. В норме LRP1 распознает бета-амилоид, связывается с ним и выводит его из мозга в кровоток для утилизации. Однако этот процесс очень тонкий. Если LRP1 связывается с бета-амилоидом слишком прочно, транспортный механизм перегружается и выходит из строя. Если взаимодействие слишком слабое, удаление отходов происходит недостаточно эффективно. В любом случае бета-амилоид начинает накапливаться в мозге.
Супрамолекулярные наночастицы были разработаны так, чтобы имитировать естественные молекулы, взаимодействующие с LRP1. Таким образом, частицы, по-видимому, “сбрасывают” транспортную систему, позволяя бета-амилоиду снова выходить из мозга.
Исследователи отмечают, что эта стратегия отличается от многих традиционных методов лечения болезни Альцгеймера, поскольку она направлена на восстановление собственной инфраструктуры мозга, а не просто на прямое воздействие на бляшки.
Эта идея набирает обороты в последние годы. Ученые все чаще рассматривают болезнь Альцгеймера как неврологическое и сосудистое заболевание, при котором нарушение кровотока и повреждение гематоэнцефалического барьера способствуют распространению токсичных белков.
В большинстве подходов наномедицины наночастицы используются в качестве транспортных средств для доставки лекарств в организм. В данном случае сами наночастицы являются средством лечения.
Исследовательская группа создала частицы с помощью восходящего процесса молекулярной инженерии, который позволил им точно контролировать их размер и количество лигандов на поверхности. Такая точность помогла частицам взаимодействовать с рецепторами на клеточных мембранах весьма специфическим образом.
Влияя на то, как эти рецепторы двигаются и функционируют, наночастицы улучшили выведение бета-амилоида и помогли восстановить более здоровую активность кровеносных сосудов в мозге.
Исследователи утверждают, что этот подход в конечном итоге может дополнить другие методы лечения болезни Альцгеймера, включая препараты на основе антиамилоидных антител. Одной из самых больших проблем, с которой сталкиваются современные методы лечения, является безопасная и эффективная доставка достаточного количества лекарства через гематоэнцефалический барьер.
Другие экспериментальные технологии также изучают способы преодоления этой проблемы, включая системы доставки на основе ультразвука, молекулы “мозгового шаттла” и дополнительные платформы на основе наночастиц, предназначенные для более эффективного преодоления барьера.
Хотя полученные результаты обнадеживают, исследование пока находится на стадии испытаний на животных. Многие методы лечения болезни Альцгеймера, которые работали на мышах, впоследствии проваливались в клинических испытаниях на людях. Тем не менее, эксперты отмечают, что данное исследование выдвигает на первый план все более важную область исследований болезни Альцгеймера: восстановление здоровья кровеносных сосудов мозга и систем выведения отходов.
“Наше исследование продемонстрировало замечательную эффективность в достижении быстрого выведения бета-амилоида, восстановлении здоровой функции гематоэнцефалического барьера и привело к поразительному обращению вспять патологии болезни Альцгеймера”, — заключает Лорена Руис Перес, исследовательница группы “Молекулярная бионика” из Института биоинженерии Каталонии (IBEC) и доцент Серра Хантер в Университете Барселоны (UB).
Каталонский институт биоинженерии (IBEC). Пер.: PSYCHOL-OK.RU
