به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، بیماری‌های تخریب‌کننده عصبی مانند آلزایمر، اسکلروز جانبی آمیوتروفیک (ALS) و زوال عقل پیشانی‌گیجگاهی از جمله اختلالاتی هستند که با تجمع غیرطبیعی پروتئین‌ها در سلول‌های عصبی ارتباط دارند. در این بیماری‌ها، پروتئین‌هایی که در شرایط طبیعی وظایف مشخصی بر عهده دارند، ممکن است ساختار یا محل استقرار خود را تغییر دهند و به شکل تجمعات غیرطبیعی درون سلول‌ها ظاهر شوند. این تجمعات به‌تدریج عملکرد طبیعی نورون‌ها را مختل می‌کنند و می‌توانند در آسیب‌های عصبی پیش‌رونده نقش داشته باشند. پژوهشگران در این مطالعه،‌ راهبردی مهندسی‌شده برای هدف‌گیری و حذف دو پروتئین مرتبط با این بیماری‌ها، یعنی Tau و TDP-43، معرفی کرده‌اند. در این روش، گیرنده‌های اتوفاژی طراحی‌شده به کمک وزیکول‌های خارج‌سلولی کوچک به سلول‌ها منتقل می‌شوند تا پروتئین‌های آسیب‌زا را شناسایی کرده و آن‌ها را به مسیر تخریب درون‌سلولی هدایت کنند. نتایج آزمایش‌های انجام‌شده در مدل‌های سلولی و حیوانی نشان می‌دهد که این رویکرد می‌تواند میزان تجمع پروتئین‌های غیرطبیعی را کاهش دهد و زمینه را برای توسعه روش‌های هدفمندتر درمان بیماری‌های عصبی فراهم کند.

وقتی پروتئین‌های ضروری به عامل آسیب تبدیل می‌شوند

پروتئین Tau در شرایط طبیعی به حفظ ساختار و پایداری ریزلوله‌ها کمک می‌کند. ساختارهایی که در سازمان‌دهی اسکلت سلولی و انتقال مواد درون نورون‌ها نقش دارند. بااین‌حال، تغییرات غیرطبیعی در این پروتئین می‌تواند زمینه تجمع آن را فراهم کند. تجمعات Tau از ویژگی‌های مهم بیماری آلزایمر و شماری دیگر از اختلالات موسوم به تائوپاتی هستند. پروتئین TDP-43  نیز در تنظیم بیان ژن و پردازش RNA نقش دارد و اختلال در توزیع یا عملکرد آن با بیماری‌هایی مانندALS  و برخی انواع زوال عقل پیشانی‌گیجگاهی ارتباط دارد. در حالت طبیعی، بخش عمده‌ای از TDP-43 در هسته سلول قرار دارد، اما در شرایط بیماری ممکن است به سیتوپلاسم منتقل شود و در آنجا تجمعات غیرطبیعی تشکیل دهد. حذف این تجمعات به دلیل اندازه، ساختار پیچیده و ماهیت ناهمگون آن‌ها آسان نیست. بسیاری از روش‌های درمانی نیز با این مشکل روبه‌رو هستند که شناسایی پروتئین هدف به‌تنهایی برای از بین بردن آن کافی نیست. درمان باید به محل مناسب در سلول برسد و سامانه‌ای را فعال کند که توانایی تجزیه ساختارهای آسیب‌زا را داشته باشد. ازاین‌رو، راهبردهای جدید به‌جای مهار صرف تولید پروتئین، بر هدایت مستقیم آن به مسیرهای تخریب سلولی تمرکز کرده‌اند. در پژوهش جدید، محققان گیرنده‌هایی طراحی کردند که از ترکیب بخش شناسایی‌کننده پروتئین هدف با LC3A ساخته شده‌اند. LC3A یکی از پروتئین‌های مرتبط با اتوفاژی است و در فرایند انتقال مواد سلولی به ساختارهایی که آن‌ها را تجزیه می‌کنند، نقش دارد. اتوفاژی سازوکاری طبیعی برای حفظ تعادل درون سلول است که به حذف اجزای آسیب‌دیده، پروتئین‌های غیرطبیعی و سایر مواد ناخواسته کمک می‌کند. بااین‌حال، سلول همیشه نمی‌تواند تجمعات بیماری‌زای بزرگ یا ساختارهای پیچیده پروتئینی را به‌اندازه کافی مؤثر حذف کند. ایده اصلی این فناوری آن است که پروتئین آسیب‌زا به‌طور اختصاصی شناسایی شود و سپس به کمک بخش LC3A به مسیر اتوفاژی هدایت شود. برای رسیدن به این هدف، پژوهشگران از آنتی‌بادی‌های سازگار با محیط داخل سلول و نانوبادی‌ها استفاده کردند؛ مولکول‌هایی که قابلیت اتصال به اهداف پروتئینی مشخص را دارند. این ترکیبات به‌گونه‌ای طراحی شدند که بتوانند درون سلول فعالیت کنند و پروتئین هدف را به ماشین تخریب سلولی مرتبط سازند. در نتیجه، به‌جای آنکه تنها فعالیت Tau یا TDP-43 مهار شود، تلاش می‌شود خود پروتئین غیرطبیعی از محیط سلول حذف شود. چنین رویکردی از نظر زیستی اهمیت دارد، زیرا ممکن است امکان مقابله با تجمعاتی را فراهم کند که با روش‌های متداول کنترل فعالیت پروتئین به‌آسانی از بین نمی‌روند.

وزیکول‌های خارج‌سلولی، حامل‌هایی برای عبور از موانع درمانی

یکی از مهم‌ترین بخش‌های این فناوری، شیوه انتقال گیرنده‌های مهندسی‌شده به سلول‌های هدف است. وزیکول‌های خارج‌سلولی کوچک، ذراتی با غشای زیستی هستند که سلول‌ها به‌طور طبیعی آزاد می‌کنند و می‌توانند انواع مولکول‌ها، از جمله پروتئین‌ها و  RNAها، را میان سلول‌ها جابه‌جا کنند. ویژگی‌های ساختاری این وزیکول‌ها باعث شده است که پژوهشگران آن‌ها را به‌عنوان حامل‌های بالقوه برای انتقال عوامل درمانی بررسی کنند. در مطالعه جدید، از این قابلیت برای انتقال گیرنده‌های اتوفاژی به سلول‌های عصبی استفاده شد. این انتخاب به یکی از مشکلات اساسی درمان بیماری‌های مغزی پاسخ می‌دهد: بسیاری از مولکول‌های درمانی نمی‌توانند به‌راحتی از سد خونی‌مغزی عبور کنند یا پس از ورود به بافت مغز، به میزان کافی وارد سلول‌های موردنظر شوند. سد خونی‌مغزی ساختاری محافظتی است که ورود بسیاری از مواد موجود در جریان خون به دستگاه عصبی مرکزی را محدود می‌کند. بااین‌حال، عبور یک حامل از این سد به معنای انتقال قطعی محموله آن به سیتوپلاسم سلول هدف نیست و مراحل مختلفی از جذب، جابه‌جایی درون‌سلولی و آزادسازی محموله باید با موفقیت انجام شوند. پژوهشگران در این مطالعه نشان دادند که وزیکول‌های حاوی ترکیبات مهندسی‌شده می‌توانند برای انتقال این عوامل به بافت مغز به کار روند و در کاهش آسیب‌شناسی مرتبط با Tau نقش داشته باشند.

نتایج آزمایش‌ها روی نورون‌ها و مدل‌های حیوانی

برای بررسی عملکرد این راهبرد، پژوهشگران آن را در چند مدل آزمایشگاهی به کار گرفتند. در آزمایش‌های مرتبط با TDP-43، از نورون‌های حرکتی مشتق‌شده از سلول‌های بنیادی پرتوان القایی انسانی استفاده شد که حامل جهش G298S در این پروتئین بودند. این مدل امکان مطالعه برخی ویژگی‌های سلولی مرتبط با بیماری را در نورون‌های انسانی فراهم می‌کند. نتایج نشان داد که انتقال گیرنده‌های مهندسی‌شده ضد TDP-43 می‌تواند حذف پروتئین غیرطبیعی و کاهش برخی تجمعات مرتبط با آن را تقویت کند. در بخش دیگری از پژوهش، نورون‌های بالغ موش با آسیب‌شناسی مرتبط با Tau بررسی شدند. پس از تزریق وریدی وزیکول‌های حاوی ترکیبات مهندسی‌شده، کاهش شاخص‌های آسیب‌شناسی Tau در مغز مشاهده شد. این نتایج نشان می‌دهند که اثر روش موردنظر تنها به محیط کشت سلولی محدود نیست و امکان انتقال محموله به بافت مغز و تأثیرگذاری بر فرایندهای بیماری‌زا نیز وجود دارد. بااین‌حال، مدل‌های سلولی و حیوانی نمی‌توانند به‌تنهایی اثربخشی یا ایمنی یک درمان را در انسان اثبات کنند.

یک مسیر جایگزین برای پاک‌سازی TDP-43

محققان در بخش دیگری از مطالعه، امکان انتقال گیرنده‌های مهندسی‌شده را با استفاده از ناقل ویروسی مرتبط با آدنو (AAV) بررسی کردند. در این رویکرد، ناقل ژنتیکی دستور ساخت ترکیب موردنظر را به سلول‌ها می‌رساند تا تولید عامل درمانی در آن‌ها امکان‌پذیر شود. این روش با انتقال مستقیم پروتئین از طریق وزیکول‌های خارج‌سلولی تفاوت دارد؛ زیرا در روش مبتنی بر AAV، سلول پس از دریافت دستور ژنتیکی، پروتئین مهندسی‌شده را تولید می‌کند. آزمایش‌ها در مدل موشی TDP-43ΔNLS نشان دادند که این شیوه می‌تواند پاک‌سازی TDP-43 آسیب‌زا را افزایش دهد و در برخی شاخص‌های حرکتی نیز بهبود ایجاد کند. اهمیت این بخش از تحقیق در آن است که دو مسیر متفاوت برای رساندن یک راهبرد تخریب پروتئینی بررسی شده‌اند: انتقال مستقیم محموله و استفاده از ناقل ژنتیکی برای تولید آن در سلول. هرکدام از این روش‌ها مزایا و محدودیت‌های خاص خود را دارند. انتقال مستقیم ممکن است کنترل بیشتری بر مقدار محموله دریافتی فراهم کند، درحالی‌که بیان ژنتیکی می‌تواند تولید طولانی‌تر عامل درمانی را امکان‌پذیر سازد. در مقابل، مدت اثر، کنترل میزان تولید، پاسخ‌های ایمنی و احتمال تأثیر بر بافت‌های غیرهدف از عواملی هستند که باید هنگام انتخاب روش انتقال در نظر گرفته شوند. پژوهش‌های انجام‌شده روی بافت مغز بیماران مبتلا به آلزایمر نشان داده‌اند که تجمعات رشته‌ایTau  می‌توانند با وزیکول‌های خارج‌سلولی ارتباط داشته باشند. همچنین مطالعات آزمایشگاهی حاکی از آن هستند که وزیکول‌های حاوی Tau یا TDP-43 قادرند این پروتئین‌ها را به سلول‌های دریافت‌کننده منتقل کنند. بنابراین، استفاده درمانی از این حامل‌ها مستلزم شناخت دقیق ویژگی‌های زیستی آن‌ها، کنترل محموله و اطمینان از نبود اثرات نامطلوب است. انتخاب منبع مناسب برای تولید وزیکول، تعیین اندازه و ترکیب آن‌ها، جلوگیری از انتقال ناخواسته پروتئین‌های آسیب‌زا و ارزیابی پاسخ ایمنی از جمله مواردی هستند که در توسعه این فناوری اهمیت دارند. مسئله دیگر، تفاوت میان ورود وزیکول به بافت مغز و آزاد شدن مؤثر محموله درون سلول است؛ زیرا بخشی از وزیکول‌های جذب‌شده ممکن است در مسیرهای درون‌سلولی گرفتار شوند و به محل عملکرد موردنظر نرسند. ازاین‌رو، موفقیت یک سامانه انتقال درمانی به مجموعه‌ای از عوامل وابسته است و صرف مشاهده وزیکول در بافت مغز برای اثبات کارایی آن کافی نیست.

پایان مطلب./