Un nanomaterial que imita proteínas podría tratar enfermedades neurodegenerativas

Un nuevo nanomaterial que imita el comportamiento de las proteínas podría convertirse en un tratamiento eficaz para la enfermedad de Alzheimer y otras enfermedades neurodegenerativas. Este nanomaterial altera la interacción entre dos proteínas clave en las células cerebrales, lo que puede tener un poderoso efecto terapéutico.

Los resultados innovadores, publicados recientemente en la revista Advanced Materials, fueron posibles gracias a una colaboración entre científicos de la Universidad de Wisconsin-Madison e ingenieros de nanomateriales de la Universidad Northwestern..

El trabajo se centra en cambiar la interacción entre dos proteínas que se cree que están implicadas en enfermedades como la enfermedad de Alzheimer, la enfermedad de Parkinson y la esclerosis lateral amiotrófica (ELA).

La primera proteína se llama Nrf2, que es un tipo específico de proteína llamado factor de transcripción que activa y desactiva genes dentro de las células.

Una de las funciones importantes de Nrf2 es su efecto antioxidante. Aunque las diferentes enfermedades neurodegenerativas surgen de diferentes procesos patológicos, están unidas por los efectos tóxicos del estrés oxidativo en las neuronas y otras células nerviosas. Nrf2 combate este estrés tóxico en las células cerebrales, ayudando a prevenir el desarrollo de enfermedades.

El profesor Jeffrey Johnson de la Facultad de Farmacia de la Universidad de Wisconsin-Madison, junto con su esposa Delinda Johnson, científica senior de la escuela, han estado estudiando Nrf2 como un objetivo prometedor para el tratamiento de enfermedades neurodegenerativas durante décadas. En 2022, los Johnson y sus colegas descubrieron que aumentar la actividad de Nrf2 en un determinado tipo de célula cerebral, los astrocitos, ayuda a proteger las neuronas en modelos de ratón con Alzheimer, lo que resulta en una reducción significativa. Pérdida de memoria.

Aunque investigaciones anteriores sugirieron que aumentar la actividad de Nrf2 podría ser la base para tratar la enfermedad de Alzheimer, los científicos han tenido dificultades para atacar eficazmente esta proteína en el cerebro.

"Es difícil hacer llegar medicamentos al cerebro, pero también ha sido muy difícil encontrar medicamentos que activen Nrf2 sin muchos efectos secundarios", dice Jeffrey Johnson.

Y ahora ha aparecido un nuevo nanomaterial. Conocido como polímero similar a proteínas (PLP), este material sintético está diseñado para unirse a las proteínas como si fuera una proteína en sí. Este simulador a nanoescala fue creado por un equipo dirigido por el profesor de química Nathan Giannekshi de la Universidad Northwestern y miembro del Instituto Internacional de Nanotecnología de la universidad.

Giannecchi ha diseñado varios PLP para apuntar a diferentes proteínas. Este PLP en particular está estructurado para alterar la interacción entre Nrf2 y otra proteína llamada Keap1. La interacción de estas proteínas, o vía, es un objetivo bien conocido para el tratamiento de muchas afecciones, ya que Keap1 controla cuándo responde Nrf2 y combate el estrés oxidativo. En condiciones normales, Keap1 y Nrf2 están unidos, pero cuando se estresa, Keap1 libera Nrf2 para realizar su función antioxidante.

“Fue durante una conversación que Nathan y sus colegas de Grove Biopharma, una empresa emergente centrada en la focalización terapéutica de las interacciones proteínicas, le mencionaron a Robert que estaban planeando centrarse en Nrf2”, afirma Johnson. “Y Robert dijo: 'Si vas a hacer esto, quizá quieras llamar a Jeff Johnson'”.

Pronto, los Johnson y Giannenchi estaban discutiendo la posibilidad de proporcionar al laboratorio de la Universidad de Wisconsin-Madison las células cerebrales modelo de ratón necesarias para probar el nanomaterial de Giannenchi.

Jeffrey Johnson dice que al principio era un poco escéptico con el método PLP, dada su falta de familiaridad con él y la dificultad general de focalizar con precisión las proteínas en las células cerebrales.

“Pero luego uno de los estudiantes de Nathan vino aquí y lo utilizó en nuestras células y, vaya, funcionó muy bien”, afirma. "Luego nos pusimos a investigar a fondo".

El estudio descubrió que el PLP de Giannenchi era muy eficaz para unirse a Keap1, lo que liberó a Nrf2 para que se acumulara en los núcleos celulares, mejorando su función antioxidante. Es importante destacar que lo hizo sin causar los efectos secundarios no deseados que han afectado a otras estrategias de activación de Nrf2.

Si bien este trabajo se realizó en células en cultivo, Johnson y Giannenchi ahora planean realizar estudios similares en modelos de ratones de enfermedades neurodegenerativas, una línea de investigación que no esperaban seguir pero que ahora están entusiasmados por seguir.

"No tenemos experiencia en biomateriales", dice Delinda Johnson. “Por lo tanto, obtener esto de Northwestern y luego seguir desarrollando el lado biológico aquí en la Universidad de Wisconsin demuestra que este tipo de colaboraciones son realmente importantes”.