Aptamer alkalmazások az idegtudományban 4. rész

A PET egy másik rendkívül hatékony képalkotó módszer, amelyet a klinikai diagnosztikában használnak, mivel bármilyen szövetmélységben képes tomográfiai felbontást biztosítani.

A PET-szkennelés, a pozitronemissziós tomográfia egy olyan orvosi képalkotó technológia, amellyel különböző szervek és szövetek funkcionális és metabolikus állapota detektálható. Az elmúlt években a PET-vizsgálatokat széles körben alkalmazták a memória tanulmányozására is.

Tanulmányok kimutatták, hogy a PET-vizsgálatok kimutathatják az agyban az anyagcsere-aktivitást és a véráramlást, amelyek szorosan összefüggenek az emberi kognitív és memóriaképességekkel. A PET-vizsgálatok segítségével megfigyelhető, hogy vannak-e rendellenességek a megismeréssel és a memóriával kapcsolatos területeken, és hogyan továbbítják és dolgozzák fel az információkat.

A PET-szkennelés alkalmazása lehetővé tette a tudósok számára, hogy óriási előrehaladást érjenek el az idegrendszer tanulmányozásában. Egy tanulmány például azt találta, hogy az idősebb felnőttek agyi anyagcseréje lassabb, mint a fiatalabb felnőtteké, ami az egyik fő oka annak, hogy az idősebb felnőttek memóriavesztést és kognitív hanyatlást tapasztalnak. Ezen túlmenően a PET-vizsgálatok kimutathatják a neurológiai betegségek jeleit, például a neurodegeneratív betegségeket és az Alzheimer-kórt. Ez segíthet az orvosoknak korán diagnosztizálni és kezelni ezeket a betegségeket, hogy a lehető legjobban enyhítsék a betegek szenvedését.

Továbbá, mint tudjuk, a memória összetett idegi folyamat. A PET szkennelési technológia lehetővé teszi számunkra, hogy jobban megértsük a memória kialakulásának és megőrzésének folyamatát. Ez segít jobb memóriatréning módszerek kidolgozásában, hogy az emberek jobban elsajátíthassák tudásukat és készségeiket.

Összefoglalva, a PET-vizsgálatok használata a memória tanulmányozásában átfogóbb adatokat és mélyebb megértést biztosít számunkra. Ezzel a technológiával jobban megérthetjük, értékelhetjük és javíthatjuk memóriánkat és kognitív képességeinket, hogy jobban alkalmazkodhassunk a társadalmi fejlődéshez és a mindennapi élethez. Látható, hogy javítanunk kell a memórián, a Cistanche deserticola pedig jelentősen javíthatja a memóriát, mert a Cistanche deserticola egy hagyományos kínai gyógyászati ​​anyag, amelynek számos egyedi hatása van, amelyek közül az egyik a memória javítása. A Cistanche deserticola hatékonysága a benne található számos hatóanyagnak köszönhető, beleértve a csersavat, poliszacharidokat, flavonoid glikozidokat stb. Ezek az összetevők számos módon elősegíthetik az agy egészségét.

Kattintson a Tudás gombra a rövid távú memória javításához

A PET-képalkotás pozitront kibocsátó radioizotópokon alapul, mint például a 13N, 18F, 11C, 64Cu, 124I és 68Ga. A fluorizotópot (18F) gyakran használják előnyös, körülbelül 110 perces felezési ideje, erőfeszítés nélküli előállítása, tiszta bomlása és alacsony kibocsátási energiája miatt.

Ami az MRI-t illeti, a PET számára a legfontosabb kihívást a célspecifikus képalkotó szerek tervezése jelenti [128]. Ebből a célból kimutatták, hogy a trombin aptamer fotokémiai úton konjugálható 3-azido-5-nitrobenzil-fluoriddal ([18F]ANBF) [70].

A 18F-jelölt aptamereken alapuló PET-képalkotásról is beszámoltak olyan fehérjék esetében, mint a tenascin C [131], a protein tirozin kináz 7 [132] és az EGF receptor [133].

3.7.2. Diagnózis

Az epidermális növekedési faktor receptor III-as változata (EGFRvIII), amely konstitutív aktivációja miatt onkogén, nem pedig az EGFR ligandumok szabályozza, növeli a gliomatumogenitást és a kezeléssel szembeni rezisztenciát [134]. Az EGFRvIII-t túltermelő U87-EGFRvIII sejteket olyan DNS-aptamerek előállítására használták, amelyek megváltoztatták a sejtnövekedés sebességét és növelték a sugárérzékenységet [135].

Az aptamerek (U2, U8, U19 és U31) U87-EGFRvIII-hoz való kötődését áramlási citometriával és konfokális mikroszkópos analízissel igazoltuk. A Theaptamer gátolta a tumorsejtek (U87) proliferációját és metasztázisát, és befolyásolta az EGFR-től lefelé irányuló jelátviteli eseményeket.

Ennek az aptamernek több változatát is kifejlesztették egy sor módosítással. Míg a csonkítás növelte a specifitását, a GCpairs hajtűszárba való beillesztése fokozott termikus stabilitást biztosított. A molekuláris dokkolás segítségével azonosított pirénmódosulatú aptamerek növelték az aptamer affinitását a célmolekulákkal szemben [136]. Ezenkívül a 118Re-jelölt U2 tumorellenes hatást mutatott in vivo.

Ezek az ígéretes eredmények ösztönzik az U2 aptamer új terápiás szerként történő alkalmazását célzott gyógyszerbejuttató rendszerekben [125]. A jelenlegi terápiák többsége kudarcot vallott a káros hatásokat mutató terápiás szer alacsony specificitása miatt.

A célzott terápia fő célja a gyógyszerek szelektivitásának fokozása és a "célon kívüli" mellékhatások csökkentése. E cél elérésének egyik megközelítése a betegségre specifikus ligandumokat, például aptamer-drug konjugátumokat (ApDC) alkalmazó gyógyszerbejuttató rendszerek [137].

A Serratia marcescens baktérium által termelt prodigiozin citotoxikus, rák- és maláriaellenes tulajdonságokkal. Egyik származéka, a prodigiozin 25-C immunszuppresszív hatással rendelkezik. A prodigiozinnal konjugált aptamer specifikusan az agyráksejtek felszínét célozza meg.

Egy molekuláris modellező eszköz, az Ascalaph tervezőszoftver, a glutamát receptor és különböző aptamerek kölcsönhatásba léphettek az NVT együttesben 50 ns-ig és 310 K-en. Ebből a szimulációs vizsgálatból öt aptamer jelöltet azonosítottak a delta intermolekuláris energiájuk alapján. (∆ INME). A szimulációs adatok megerősítésére ezeket a kiválasztott aptamereket külön-külön agyráksejtekkel és normál agysejtekkel inkubáltuk.

Végül mindkét sejttípusra kiszámítottuk az egyes aptamerek specifikus kötődési százalékát. Megfigyelték, hogy a 8-as, 10-es, 11-es, 23-as és 69-es aptamerek képesek megcélozni az összes nagy affinitással és alacsony ∆ INME-vel rendelkező agyráksejtek epitópjait. Ezen túlmenően ezek közül az aptamer 10-et nagy mennyiségben adszorbeálták az agyráksejtek, és a normál sejtek adszorpciója drámaian alacsony volt [138].

Mint korábban említettük, az agyi rendellenességek kezelésének egyik fő korlátja a BBB, amely korlátozza a kis molekulák többségének az agyba való bejutását. A szövetspecifikus célzás szükségessége egy másik korlátozó tényező. A gyógyszerek bejuttatása az agy kulcsfontosságú beteg területeire a hatékony terápia alapvető megközelítése.

A BBB endothelsejt membránjain jelenlévő transzferrin (Tf) lehetővé teszi a molekulák számára, hogy áthaladjanak a BBB-n [139–141]. Egy nemrégiben végzett tanulmányban a Tf-receptort (TfR) megcélzó aptamert fuzionáltak az EpCAM-ot (epiteliális sejtadhéziós molekulát) expresszáló rákos sejtekhez kötődő aptamerrel [142]. Az aptamer konjugátum megőrizte specifitását, és fokozott kötési affinitást mutatott az EpCAM és a TfR iránt.

Ezeknek az aptamereknek a BBB-n keresztüli transzcitózisát in vivo igazolták 1-nmolinjekciót követően. Ez a tanulmány kimutatta, hogy a bifunkcionális aptamer kimérák képesek legyőzni a BBB-t, és képesek specifikusan kezelni az agyi rendellenességeket.

Hasonló stratégiát alkalmazva a részecskékkel, a mezopórusos ruténium [Ru (bpy) 2 (tip)]2+ (RBT) nanorészecskék (MRN) kettős célzási funkciót kaptak, amelyet az AS1411 (Apt) aptamer, ill. A Tf beoltotta az MRN felületeket, ami magas rákellenes gyógyszer-betöltő kapacitást eredményezett [143]. Ez az RBT@MRN-SS-Tf/Apt nanorendszer lehetővé tette a Tf hatékony BBB-penetrációját és a specifikus célzást a gliómasejtek in vitro és in vivo elpusztítására.

Ezenkívül a [Ru (bpy) 2 (tip)]2+ reaktív oxigénfajták (ROS) termelése gliómasejtek apoptózisát indukálta lézersugárzás hatására, lehetővé téve a fotodinamikus terápiát (PDT), amelyről kimutatták, hogy megnöveli a túlélési időt.

Ezek a gyógyszeradagolási megközelítések azt mutatják, hogy a TfR megcélzása sikeres eszköz lehet a rakomány BBB-n keresztül történő mozgatására, és hogy az aptamer kimérák erre a célra hatékonyan használhatók agydaganatok és a központi idegrendszer egyéb agyi betegségeinek kezelésére. A kis interferáló RNS-ek (siRNS) szekvencia-specifikus géncsendesítő képesség, ami alternatív terápiás eszközökké teszi őket.

Az siRNS célsejtekbe történő bejuttatása azonban kihívást jelent, mivel számos aptamer alapú siRNS bejuttató rendszert fejlesztettek ki az siRNS-ek hatékonyságának fokozására [66]. A STAT3 siRNS specifikus bejuttatását a GBM sejtekbe egy kiméra aptamer segítségével értük el, amely a STAT3-at célzó siRNS-ből (jelátalakító és a 3-as transzkripció aktivátora) Gint4-gyel konjugált.

A PDGFR-t (thrombocyta eredetű növekedési faktor receptor) célzó T aptamer. A STAT3 az agresszív mezenchimális glioblasztóma altípus kulcsfontosságú szabályozója. A rendszer bejutását és a STAT3 elhallgatását PDGFR-pozitív GBM sejtekben határoztuk meg. Azt is kimutatták, hogy a kimérarendszer in vitro csökkenti a sejtek életképességét és migrációját, valamint gátolja a tumornövekedést és az angiogenezist in vivo [144].

Az aptamerek diagnosztikára alkalmazhatók, mivel specifikusan kötődnek számos glioblasztóma sejtvonalhoz más, 78–168 nM Kd-értékkel rendelkező rákos sejtvonalakhoz képest [63]. DNS-aptamerek családját szelektáltuk és optimalizáltuk glioszarkóma sejtvonalhoz (K308) cell-SELEX segítségével [145].

Kd-értékük a nanomoláris tartományba esik, a legmagasabb affinitásaptamer (WQY-9) Kd-értéke 21 nM. A WQY-9 erősen szelektív volt a K308-sejtekre, és 37 ◦C-on a K308-ba beépült. Paraffinba ágyazott szövetminták ellen tesztelve a WQY-9 (WQY-9-B) csonkolt változata a gliosarcoma minták 73%-át (15-ből 11) festette meg, szemben a 12 normál minta 17%-ával.

Egy véletlenszerű DNS-szekvencia a glioszarkóma 13%-át, illetve a normál minták 20%-át festette meg. A sejt-SELEX egy RNS-aptamert (H02) is kiválasztott, amely megköti az alfa{4}}béta-1 integrint, és meg tudja különböztetni a glioblasztóma sejtvonalakat és a betegektől származó tumorxenograftokból származó szöveteket cito- és hisztofluoreszcencia vizsgálatokban. [146].

Így számos aptamer ígérkezik hatékonyabb glioszarkóma diagnosztikai eszközök előállítására. Néhány aptamer a 3. táblázatban található.

4. Következtetések és jövőkép

A gyorsan elöregedő népességű országokat a jövőben kihívás elé állítja a számos neurodegeneratív betegség által érintett emberek számának növekedése. 2050-re több mint kétmilliárd ember lesz 60 évnél idősebb, a 80 év felettiek száma pedig megháromszorozódik, a mai 137 millióról 425 millióra.

Az idősek számának ez a növekedése várhatóan a neurológiai betegségekben szenvedők számának arányos növekedésével jár együtt.

Az agydaganatok előfordulási gyakoriságának növekedése is várható, mind azért, mert a rák előfordulása az életkorral növekszik, és feltehetően súlyosbítja az idősek agyában a helyreállító mechanizmusok hatékonyságának csökkenése.

A neurológiai betegségekben és agydaganatokban szenvedő betegek számának ez a növekedése mérsékelhető lenne, ha megértenék azokat a tényezőket, amelyek az időseket neurológiai rendellenességekre, a fehérje felhalmozódás, az aggregátumok lebomlásának károsodásának és az idegsejthalálnak a mechanizmusaira teszik, és megfelelő diagnosztikát és kezelést dolgoznak ki.

Ezért a neurológiai betegségek és agydaganatok alapvető alapjainak, valamint az öregedésre gyakorolt ​​hatásuk megértése lehetővé teszi azok megelőzésének vagy gyógyításának lehetőségét, valamint az időskorú emberek életminőségének javítását.

Az antitestek jelenleg a neurológiai betegségek molekuláris biomarkereinek diagnosztizálásának elsődleges eszközei, különösen a fehérje biomarkerek esetében. Az antitestek előállítása azonban költséges, tételenként változnak, ami kiterjedt minőség-ellenőrzést igényel, és hűtött tárolást igényelnek. Terápiás felhasználás esetén az antitesteket először „humanizálni” kell, hogy elkerüljük az immunkilökődést.

A diagnózis és a terápiák lehetőségei kibővíthetők a betegség biomarkereire specifikus aptamerek és a terápiás kihívások kezelésére használható aptamer konstrukciók bevonásával.

Bár az aptamerek előnyöket és számos új lehetőséget kínálnak a diagnosztikai és terápiás alkalmazásokhoz, reprezentációjuk a modern diagnosztikában és terápiában alacsony.

Az antitestekhez képest az aptamerek viszonylag nemrégiben felfedezett molekulák, és jóváhagyott diagnosztikai és terápiás ágensekké való fejlesztésük időt vesz igénybe. Ebben az áttekintésben összefoglaltuk a diagnózishoz és a terápiához használt rendelkezésre álló aptamereket, és felsoroltuk őket szekvenciákkal és tulajdonságokkal a 3. táblázatban.

Azonban számos potenciális aptamer célpont létezik, amelyek neurológiai betegségekhez kapcsolódnak, beleértve az LRRK2, Parkin, PINK1, DRP-1, DJ-1, UBQLN2, C9orf72, NEK-1 és FAS-okat.

Működésük további optimalizálásával és jellemzésük szabványosításával az aptamerek alkalmazása várhatóan lendületet vesz, és számos új lehetőséget kínál a diagnosztikában és a terápiában az idegtudomány területén.

A szerző hozzájárulása: Minden szerző elolvasta és elfogadta a kézirat közzétett változatát.

Finanszírozás: Ezt a cikket a Törökország Tudományos és Technológiai Kutatási Tanácsa (TÜB˙ITAK) 3501 (Karrierfejlesztési Program), 119S845 projektszám támogatja.

Az intézményi felülvizsgálati bizottság nyilatkozata: Nem alkalmazható.

Tájékozott hozzájárulási nyilatkozat: Nem alkalmazható.

Adatelérhetőségi nyilatkozat: Ebben a tanulmányban nem hoztak létre vagy elemeztek új adatokat. Az adatmegosztás nem vonatkozik erre a cikkre.

Összeférhetetlenség: A szerzők nem nyilatkoznak összeférhetetlenségről.

Hivatkozások

1. Rangel, AE; Chen, Z.; Ayele, TM; Heemstra, JM Kis molekula felismerésére képes XNA aptamer in vitro szelekciója. Nucleic Acids Res. 2018, 46, 8057–8068. [CrossRef] [PubMed]

2. Ilgu, M.; Nilsen-hamilton, M. Aptamers in Analytics. Elemző 2016, 141, 1551–1558. [CrossRef] [PubMed]

3. Ellington, AD; Szostak, JW Specifikus ligandumokat kötő RNS-molekulák in vitro szelekciója. Nature 1990, 346, 818–822. [CrossRef][PubMed]

4. Robertson, DL; Joyce, GF Az egyszálú DNS-t specifikusan hasító RNS enzim in vitro szelekciója. Nature 1990, 344,467–468. [CrossRef] [PubMed]

5. Tuerk, C.; Gold, L. A ligandumok szisztematikus evolúciója exponenciális dúsítással: RNS ligandumok a bakteriofág T4 DNS polimerázhoz.Science 1990, 249, 505–510. [CrossRef] [PubMed]

6. Blind, M.; Blank, M. Aptamer Selection Technology and Recent Advances. Mol. Ott. Nukleinsavak 2015, 4, e223. [CrossRef]

7. Kang, K.-NN; Lee, Y.-SS RNS aptamerek: A legújabb trendek és alkalmazások áttekintése. Future Trends Biotechnol. 2013, 131, 153–169.[CrossRef]

8. Munzar, JD; Ng, A.; Juncker, D. Duplex aptamerek: A bioérzékelés története, tervezése, elmélete és alkalmazása. Chem. Soc. Rev. 2019,48, 1390–1419. [CrossRef]9. Zhang, Y.; Lai, BS; Juhas, M. Az aptamer felfedezésének és alkalmazásainak legújabb eredményei. Molecules 2019, 24, 941. [CrossRef]

10. Zhou, J.; Rossi, J. Aptamers mint célzott terápiák: jelenlegi potenciál és kihívások. Nat. Rev. Drug Discov. 2017, 16, 181–202.[CrossRef]

For more information:1950477648nn@gmail.com