Zdalnie aktywowane nanozymy magnetyczne wyłapujące reaktywne formy tlenu w chorobie Alzheimera

Choroba Alzheimera (AD) jest schorzeniem neurodegeneracyjnym i najczęstszą przyczyną demencji na świecie. Etiologia choroby Alzheimera nie została do końca wyjaśniona i posiada wieloczynnikowy charakter, w zw. choroba wymaga stosowania terapii wielokierunkowych. Peptyd amyloidu beta (Aβ) oraz hiperfosforylowane białko Tau pozostają głównymi przejawami chorobowymi w mózgu. Gromadzenie się złogów fibryli amyloidu powoduje kaskadę zdarzeń neurozapalnych prowadzących do trwałego uszkodzenia neuronów i jest związane z występowaniem reaktywnych form tlenu (ROS). Tkanka mózgowa zawiera duże ilości żelaza i nienasyconych kwasów tłuszczowych, substratów dla wolnych rodników. Stres oksydacyjny odgrywa istotną rolę w patogenezie
AD, a równowaga redoks jest kontrolowana przez rodzinę enzymów antyoksydacyjnych, takich jak katalaza (CAT), peroksydaza glutationowa (GPx), dysmutaza nadtlenkowa (SOD). Enzymy CAT i SOD są limitowane w środowisku mózgowym. Badania kliniczne wykazały, że pacjenci z AD posiadają obniżoną aktywność tych enzymów. Technologia nanomateriałów oferuje możliwość konstrukcji sztucznych enzymów (tzw. katalizatorów),
które naśladują swym działaniem naturalne enzymy. Nanocząsteczki z syntetyczną aktywnością enzymatyczną, zwane „nanozymami”, mogą dorównać pod względem katalitycznej wydajności naturalnym enzymom bez fizycznych ograniczeń ich biologicznych odpowiedników. Ostatnie badania wykazały, że niektóre specyficzne nanozymy zawierające „nagie” metale przejściowe na specjalnie zaprojektowanych powierzchniach są skuteczne
w wyłapywaniu wolnych rodników in vivo, ale wciąż ta nowa technologia nie został zastosowany w terapii choroby Alzheimera.
Celem projektu ROSSCA jest opracowanie terapeutycznych nanozymów przeciwko AD, niosących aktywność enzymów antyoksydacyjnych, które utrzymują równowagę redoks w mózgu. W tym celu stworzymy i przetestujemy magnetycznie aktywowane nanozymy (MNZ), zaprojektowane tak, aby naśladować kluczowe enzymy antyoksydacyjne CAT, GPx i SOD istotne w AD. Projekt będzie realizowany przez międzynarodowe konsorcjum złożone z 4 partnerów posiadających umiejętności i doświadczenie w zakresie fizyki i materiałoznawstwa, toksykologii genetycznej, biologii molekularnej, psychofarmakologii i neuronauki behawioralnej. Projekt obejmuje realizację następujących zadań: 1) Zespół UNIZAR zaprojektuje i zsyntetyzuje magnetycznie wyzwalane nanozymy o aktywności naśladującej SOD, GPx i CAT oraz zapewni ich pełną charakterystykę fizykochemiczną, strukturalną i magnetyczną. Opracuje
również i dostarczy przenośny aktywator pola magnetycznego dla aktywacji enzymatycznej MNZ. 2) Badania (geno)toksykologiczności nowo zaprojektowanych MNZ zostaną przeprowadzone przez zespół NIB w ludzkich modelach komórek. Do badań zostaną wykorzystane modele komórkowe 3D ze względu na ich kompleksową strukturę oraz zdolności metaboliczne zbliżone do ludzkich. Wszystkie badania aktywności nanozymów będą prowadzone zgodnie z protokołami diagnostyki molekularnej oraz w oparciu o najnowocześniejsze techniki transkryptomiczne, a także bioinformatyczne.
3) Zespół USP przeprowadzi eksperymenty mające na celu ocenę efektywności MNZ in vitro w komórkowym modelu AD. Badania obejmą testowanie aktywności enzymatycznych MNZ, ocenę szlaków metabolicznych na poziomie komórki, na które mogą wpływać nanozymy. Zostanie przeprowadzona identyfikacja: biomarkerów, fosforyzowanego białka Tau, peptydu Aβ, cytokin, stresu oksydacyjnego oraz przeżywalności komórek pod
wpływem działania MNZ. 4) Zespół IF-PAN oceni neuroprotekcyjny efekt MNZ w szczurzym modelu AD. Zostaną przeprowadzone badania behawioralne (in vivo) i biochemiczne (ex vivo). Efekt podania i elektromagnetyczna aktywacja enzymatyczna MNZ zostanie oceniona w wybranych strukturach mózgu zwierząt. Przetestowana zostanie metoda donosowego podawania MNZ zwierzętom. Zostaną wykorzystane testy behawioralne do weryfikacji efektu podania nanozymów na upośledzoną pamięć w zwierzęcym modelu AD. Nowa technologia nanozymów umożliwiająca zdalną indukcję aktywności enzymatycznej pozwoli na dopasowanie wydajności katalitycznej tych enzymów do potrzeb terapeutycznych. Spodziewamy się, że projekt
ROSSCA będzie stanowił przełom w terapiach chorób neurodegeneracyjnych ośrodkowego układu nerwowego.