Ứng dụng Aptamer trong khoa học thần kinh Phần 4
May 27, 2024
PET là một phương pháp chụp ảnh hiệu quả cao khác được sử dụng trong chẩn đoán lâm sàng vì nó có thể cung cấp độ phân giải chụp cắt lớp ở bất kỳ độ sâu mô nào.
Quét PET, chụp cắt lớp phát xạ positron, là một công nghệ hình ảnh y tế có thể được sử dụng để phát hiện trạng thái chức năng và trao đổi chất của các cơ quan và mô khác nhau. Trong những năm gần đây, quét PET cũng được sử dụng rộng rãi để nghiên cứu trí nhớ.
Các nghiên cứu đã phát hiện ra rằng chụp PET có thể phát hiện hoạt động trao đổi chất và lưu lượng máu trong não, những hoạt động này có liên quan chặt chẽ đến khả năng nhận thức và trí nhớ của con người. Quét PET có thể được sử dụng để quan sát xem có những bất thường nào trong các lĩnh vực liên quan đến nhận thức và trí nhớ cũng như cách chúng truyền tải và xử lý thông tin hay không.
Ứng dụng quét PET đã giúp các nhà khoa học đạt được tiến bộ vượt bậc trong việc nghiên cứu hệ thần kinh. Ví dụ, một nghiên cứu cho thấy quá trình trao đổi chất trong não của người lớn tuổi chậm hơn so với người trẻ tuổi, đây là một trong những lý do chính khiến người lớn tuổi bị mất trí nhớ và suy giảm nhận thức. Ngoài ra, chụp PET còn có thể phát hiện các dấu hiệu của bệnh thần kinh, chẳng hạn như bệnh thoái hóa thần kinh và bệnh Alzheimer. Điều này có thể giúp các bác sĩ chẩn đoán và điều trị sớm những căn bệnh này nhằm giảm bớt sự đau khổ của bệnh nhân một cách tối đa.
Hơn nữa, như chúng ta hiểu, trí nhớ là một quá trình thần kinh phức tạp. Công nghệ quét PET cho phép chúng ta hiểu rõ hơn về quá trình hình thành và bảo tồn trí nhớ. Điều này giúp chúng ta phát triển các phương pháp rèn luyện trí nhớ tốt hơn để con người có thể nắm vững kiến thức, kỹ năng tốt hơn.
Tóm lại, việc sử dụng PET scan trong nghiên cứu trí nhớ cung cấp cho chúng ta dữ liệu toàn diện hơn và hiểu biết sâu sắc hơn. Thông qua công nghệ này, chúng ta có thể hiểu, đánh giá và cải thiện trí nhớ cũng như khả năng nhận thức tốt hơn để thích ứng tốt hơn với sự phát triển của xã hội và cuộc sống hàng ngày. Có thể thấy, chúng ta cần cải thiện trí nhớ, và Cistanche Deserticola có thể cải thiện trí nhớ đáng kể vì Cistanche Deserticola là một dược liệu cổ truyền của Trung Quốc có nhiều tác dụng độc đáo, một trong số đó là cải thiện trí nhớ. Hiệu quả của Cistanche Deserticola đến từ nhiều hoạt chất có trong nó, bao gồm axit tannic, polysaccharides, flavonoid glycoside, v.v. Những thành phần này có thể tăng cường sức khỏe não bộ theo nhiều cách khác nhau.
Bấm Biết để cải thiện trí nhớ ngắn hạn
Hình ảnh PET dựa trên các đồng vị phóng xạ phát xạ positron, chẳng hạn như 13N, 18F, 11C, 64Cu, 124I và 68Ga. Đồng vị flo (18F) thường được sử dụng do có chu kỳ bán rã thuận lợi khoảng 110 phút, sản xuất dễ dàng, phân rã sạch và năng lượng phát thải thấp.
Đối với MRI, thách thức quan trọng nhất đối với PET là thiết kế các tác nhân hình ảnh đặc hiệu cho mục tiêu [128]. Với mục đích này, người ta đã chứng minh rằng aptamer trombin có thể được liên hợp quang hóa với 3-azido-5-nitrobenzyl fluoride ([18F]ANBF) [70].
Ngoài ra, kỹ thuật tạo ảnh PET dựa trên các aptamer đánh dấu 18F đã được báo cáo đối với các protein như tenascin C [131], protein tyrosine kinase 7 [132] và thụ thể EGF [133].
3.7.2. Chẩn đoán
Biến thể thụ thể yếu tố tăng trưởng biểu bì III (EGFRvIII), gây ung thư do sự kích hoạt cấu thành của nó thay vì được điều chỉnh bởi các phối tử EGFR, làm tăng khả năng gây u thần kinh đệm và khả năng kháng điều trị [134]. Các tế bào U87-EGFRvIII biểu hiện quá mứcEGFRvIII được sử dụng để thu được các aptamer DNA làm thay đổi tốc độ phát triển của tế bào và tăng độ nhạy bức xạ [135].
Khả năng liên kết của các aptamer (U2, U8, U19 và U31) với U87-EGFRvIII đã được xác nhận thông qua phép đo tế bào dòng chảy và phân tích kính hiển vi đồng tiêu. Theaptamer ức chế sự tăng sinh và di căn của tế bào khối u (U87), đồng thời ảnh hưởng đến các sự kiện truyền tín hiệu ở hạ lưu của EGFR.
Ngoài ra, một số biến thể của aptamer này đã được phát triển bằng một loạt sửa đổi. Trong khi việc cắt ngắn làm tăng tính đặc hiệu của nó thì việc chèn cặp GC vào thân kẹp tóc của nó giúp tăng cường độ ổn định nhiệt. Aptamer với các biến đổi pyrene được xác định nhờ sự trợ giúp của việc ghép nối phân tử đã làm tăng ái lực của aptamer với các phân tử mục tiêu [136]. Hơn nữa, U2 được dán nhãn lại 118 đã chứng minh tác dụng chống ung thư trên cơ thể sống.
Những kết quả đầy hứa hẹn này khuyến khích ứng dụng aptamer U2 như một tác nhân trị liệu mới trong các hệ thống phân phối thuốc nhắm mục tiêu [125]. Phần lớn các phương pháp điều trị hiện tại đã thất bại do tính đặc hiệu thấp của tác nhân trị liệu và có tác dụng phụ.
Mục tiêu chính của liệu pháp nhắm mục tiêu là tăng cường tính chọn lọc của thuốc và giảm tác dụng phụ “ngoài mục tiêu”. Một cách tiếp cận để đạt được mục tiêu này là thông qua hệ thống phân phối thuốc sử dụng các phối tử đặc hiệu cho bệnh chẳng hạn như liên hợp thuốc-aptamer (ApDC) [137].
Prodigiosin do vi khuẩn Serratia marcescens sản xuất có tác dụng gây độc tế bào với đặc tính chống ung thư và chống sốt rét. Một trong những dẫn xuất của nó, prodigiosin 25-C, có hoạt tính ức chế miễn dịch. Một aptamer kết hợp với prodigiosin đặc biệt nhắm vào bề mặt tế bào ung thư não.
Sử dụng công cụ mô hình hóa phân tử, phần mềm thiết kế Ascalaph, thụ thể glutamate và nhiều aptamer khác nhau được phép tương tác trong quần thể NVT trong thời gian 50 ns và ở nhiệt độ 310 K. Từ nghiên cứu mô phỏng này, năm aptamer ứng cử viên đã được xác định dựa trên năng lượng liên phân tử delta của chúng (∆ INME). Để xác nhận dữ liệu mô phỏng, các aptamer được chọn này được ủ riêng lẻ với các tế bào ung thư não và tế bào não bình thường.
Cuối cùng, phần trăm liên kết cụ thể của từng aptamer được tính cho cả hai loại tế bào. Người ta quan sát thấy rằng các aptamer 8, 10,11, 23 và 69 có khả năng nhắm mục tiêu các epitop trên tất cả các tế bào ung thư não có ái lực cao và ∆ INME thấp. Ngoài ra, trong số này, aptamer 10 được các tế bào ung thư não hấp thụ ở mức cao và sự hấp phụ của nó bởi các tế bào bình thường thấp đáng kể [138].
Như đã đề cập trước đó, hạn chế chính của điều trị rối loạn não là BBB, hạn chế phần lớn các phân tử nhỏ xâm nhập vào não. Nhu cầu nhắm mục tiêu theo mô cụ thể là một yếu tố hạn chế khác. Đưa thuốc đến các vùng bị bệnh chính trong não là một phương pháp thiết yếu để điều trị hiệu quả.
Transferrin (Tf), hiện diện trên màng tế bào nội mô của BBB, cho phép các phân tử đi qua BBB [139–141]. Trong một nghiên cứu gần đây, aptamer nhắm vào thụ thể Tf (TfR) đã được kết hợp với aptamer liên kết với các tế bào ung thư biểu hiện EpCAM (phân tử bám dính tế bào biểu mô) [142]. Tính đặc hiệu liên hợp aptamer được duy trì và thể hiện ái lực liên kết nâng cao đối với EpCAM và TfR.
Quá trình chuyển mã của các aptamer này thông qua BBB đã được xác nhận in vivo sau khi tiêm 1-nmolin. Nghiên cứu này cho thấy rằng thể khảm aptamer hai chức năng có thể vượt qua BBB và có khả năng điều trị cụ thể các chứng rối loạn não.
Bằng cách sử dụng chiến lược tương tự với các hạt, các hạt nano ruthenium trung tính [Ru (bpy) 2 (tip)]2+ (RBT) (MRN) đã được cung cấp chức năng nhắm mục tiêu kép, chức năng này đạt được nhờ aptamer AS1411 (Apt) và Tf ghép trên bề mặt MRN mang lại khả năng nạp thuốc chống ung thư cao [143]. Hệ thống nano này RBT@MRN-SS-Tf/Apt cho phép Tf thâm nhập BBB hiệu quả và nhắm mục tiêu cụ thể để tiêu diệt các tế bào u thần kinh đệm in vitro và in vivo.
Hơn nữa, việc sản xuất các loại oxy phản ứng (ROS) bằng [Ru (bpy) 2 (tip)]2+ đã gây ra hiện tượng apoptosis của các tế bào u thần kinh đệm khi chiếu xạ bằng laser, cho phép liệu pháp quang động (PDT), đã được chứng minh là làm tăng thời gian sống sót.
Các phương pháp phân phối thuốc này chứng minh rằng nhắm mục tiêu TfR có thể là một phương tiện thành công để vận chuyển hàng hóa qua BBB và các thể khảm aptamer có thể được sử dụng một cách hiệu quả cho mục đích này để điều trị các khối u não và các bệnh não khác của CNS. Các RNA can thiệp nhỏ (siRNA) có khả năng làm im lặng gen theo trình tự cụ thể, khiến chúng trở thành công cụ trị liệu thay thế.
Tuy nhiên, việc phân phối siRNA vào tế bào đích đang gặp nhiều thách thức, với nhiều hệ thống phân phối siRNA dựa trên aptamer đang được phát triển để nâng cao hiệu quả của siRNA [66]. Việc phân phối cụ thể các tế bào STAT3 siRNA đến GBM đã đạt được bằng cách sử dụng aptamer khảm bao gồm siRNA nhắm mục tiêu STAT3 (bộ chuyển đổi tín hiệu và bộ kích hoạt phiên mã 3) được kết hợp với Gint4.
T aptamer nhắm mục tiêu PDGFR (thụ thể yếu tố tăng trưởng có nguồn gốc từ tiểu cầu). STAT3 là chất điều hòa chính của phân nhóm u nguyên bào thần kinh đệm trung mô tích cực. Việc phân phối hệ thống và làm im lặng STAT3 được xác định trong các tế bào GBM dương tính với PDGFR. Người ta cũng chứng minh rằng hệ thống chimera làm giảm khả năng sống sót và di chuyển của tế bào trong ống nghiệm và ức chế sự phát triển của khối u và sự hình thành mạch trong cơ thể [144].
Aptamer có thể được áp dụng để chẩn đoán, vì chúng liên kết đặc hiệu với nhiều dòng tế bào u nguyên bào thần kinh đệm so với các dòng tế bào ung thư khác với Kds trong khoảng 78–168 nM [63]. Một họ aptamer DNA đã được chọn và tối ưu hóa để liên kết dòng tế bào gliosarcoma (K308) bằng cách sử dụng cell-SELEX [145].
Chúng có giá trị Kd trong phạm vi nano mol với ái lực cao nhất của aptamer (WQY-9) có Kd là 21 nM. WQY-9 có tính chọn lọc cao đối với các tế bào K308 và được K308 nội hóa ở nhiệt độ 37 ◦C. Khi thử nghiệm với các mẫu mô nhúng parafin, phiên bản rút gọn của WQY-9 (WQY-9-B) đã nhuộm 73% (11 trên 15) mẫu u thần kinh đệm so với 17% của 12 mẫu bình thường.
Một chuỗi DNA ngẫu nhiên nhuộm lần lượt 13 và 20% mẫu gliosarcoma và mẫu bình thường. Một aptamer RNA (H02) cũng được cell-SELEX chọn để liên kết với integrin alpha{4}}beta-1 và có thể phân biệt giữa các dòng tế bào u nguyên bào thần kinh đệm và các mô từ các mảnh ghép xenograft khối u có nguồn gốc từ bệnh nhân trong các xét nghiệm huỳnh quang tế bào và mô bệnh học [146].
Vì vậy, có một số aptamer hứa hẹn ứng dụng vào việc tạo ra các công cụ chẩn đoán ung thư thần kinh đệm hiệu quả hơn. Một số aptamer được liệt kê trong Bảng 3.
4. Kết luận và viễn cảnh tương lai
Các quốc gia có dân số già đi nhanh chóng sẽ phải đối mặt với thách thức trong tương lai do số lượng người mắc một số bệnh thoái hóa thần kinh ngày càng tăng. Đến năm 2050, hơn hai tỷ người sẽ trên 60 tuổi và số người trên 80 tuổi sẽ tăng gấp ba lần, từ 137 triệu hiện nay lên 425 triệu.
Sự gia tăng số lượng người già này dự kiến sẽ đi kèm với sự gia tăng tương ứng về số lượng bệnh nhân mắc các bệnh thần kinh.
Người ta cũng dự đoán rằng tỷ lệ mắc các khối u não sẽ tăng lên, do tỷ lệ mắc ung thư tăng theo tuổi tác và có thể trở nên trầm trọng hơn do hiệu quả của cơ chế sửa chữa ở não người già bị suy giảm.
Sự gia tăng bệnh nhân mắc bệnh thần kinh và khối u não có thể giảm bớt nếu các yếu tố khiến người cao tuổi dễ bị rối loạn thần kinh và cơ chế tích lũy protein, suy giảm sự thoái hóa của các tập hợp và chết tế bào thần kinh được hiểu rõ, đồng thời phát triển chẩn đoán và điều trị thích hợp.
Vì vậy, hiểu được cơ sở cơ bản của các bệnh thần kinh và u não cũng như tác động của chúng đối với quá trình lão hóa sẽ xác định được các phương pháp phòng ngừa, chữa trị và cải thiện chất lượng cuộc sống của nhiều người khi về già.
Kháng thể hiện là phương tiện chính để chẩn đoán dấu ấn sinh học phân tử của bệnh thần kinh, đặc biệt đối với dấu ấn sinh học protein. Tuy nhiên, kháng thể đắt tiền để sản xuất, có sự thay đổi theo từng đợt, đòi hỏi phải kiểm soát chất lượng rộng rãi và chúng cần được bảo quản trong tủ lạnh. Khi được sử dụng trong điều trị, kháng thể trước tiên cũng phải được "nhân hóa" để tránh bị đào thải miễn dịch.
Cơ hội chẩn đoán và điều trị có thể được mở rộng bằng cách đưa vào các aptamer đặc hiệu cho các dấu ấn sinh học bệnh và cấu trúc aptamer mà có thể được sử dụng để giải quyết các thách thức về điều trị.
Mặc dù aptamer mang lại những lợi thế và nhiều cơ hội mới cho các ứng dụng chẩn đoán và điều trị, nhưng mức độ hiện diện của chúng trong chẩn đoán và điều trị hiện đại còn thấp.
So với kháng thể, aptamer là các phân tử được phát hiện tương đối gần đây và việc phát triển chúng thành tác nhân chẩn đoán và điều trị đã được phê duyệt sẽ mất thời gian. Trong bài đánh giá này, chúng tôi đã tóm tắt các aptamer hiện có được sử dụng để chẩn đoán và điều trị và liệt kê chúng theo trình tự và đặc tính trong Bảng 3.
Tuy nhiên, có nhiều mục tiêu aptamer tiềm năng hơn có liên quan đến các bệnh thần kinh bao gồm LRRK2, Parkin, PINK1, DRP-1, DJ-1, UBQLN2, C9orf72, NEK-1 và FAS.
Với việc tối ưu hóa hơn nữa chức năng và tiêu chuẩn hóa đặc tính của chúng, việc ứng dụng aptamer được kỳ vọng sẽ có động lực và mang lại nhiều cơ hội mới trong chẩn đoán và điều trị trong lĩnh vực khoa học thần kinh.
Đóng góp của tác giả: Tất cả các tác giả đã đọc và đồng ý với phiên bản đã xuất bản của bản thảo.
Kinh phí: Bài viết này được hỗ trợ bởi Hội đồng nghiên cứu khoa học và công nghệ Thổ Nhĩ Kỳ (TÜB˙ITAK) 3501 (Chương trình phát triển nghề nghiệp), số dự án 119S845.
Tuyên bố của Ban Đánh giá Thể chế: Không áp dụng.
Tuyên bố đồng ý sau khi được thông báo: Không áp dụng.
Tuyên bố về tính sẵn có của dữ liệu: Không có dữ liệu mới nào được tạo hoặc phân tích trong nghiên cứu này. Chia sẻ dữ liệu không áp dụng cho bài viết này.
Xung đột lợi ích: Các tác giả tuyên bố không có xung đột lợi ích.
Tài liệu tham khảo
1. Rangel, AE; Chen, Z.; Ayele, TM; Heemstra, JM Lựa chọn aptamer XNA trong ống nghiệm có khả năng nhận dạng phân tử nhỏ. Axit Nucleic Res. 2018, 46, 8057–8068. [CrossRef] [PubMed]
2. Ilgu, M.; Nilsen-Hamilton, M. Aptamers trong lĩnh vực Phân tích. Nhà phân tích 2016, 141, 1551–1558. [CrossRef] [PubMed]
3. Ellington, AD; Szostak, JW Lựa chọn in vitro các phân tử RNA liên kết các phối tử cụ thể. Thiên nhiên 1990, 346, 818–822. [CrossRef][PubMed]
4. Robertson, DL; Joyce, GF Lựa chọn trong ống nghiệm một enzyme RNA có khả năng phân tách DNA chuỗi đơn một cách đặc biệt. Thiên nhiên 1990, 344.467–468. [CrossRef] [PubMed]
5. Tuerk, C.; Gold, L. Sự tiến hóa có hệ thống của các phối tử bằng cách làm giàu theo cấp số nhân: phối tử RNA thành thực khuẩn thể T4 DNA polymerase.Science 1990, 249, 505–510. [CrossRef] [PubMed]
6. Mù, M.; Blank, Công nghệ lựa chọn M. Aptamer và những tiến bộ gần đây. Mol. Đó. Axit nucleic 2015, 4, e223. [Tham khảo chéo]
7. Kang, K.-NN; Lee, Y.-SS RNA aptamers: Đánh giá về các xu hướng và ứng dụng gần đây. Xu hướng tương lai Công nghệ sinh học. 2013, 131, 153–169.[CrossRef]
8. Munzar, JD; Ng, A.; Juncker, D. Aptamer song công: Lịch sử, thiết kế, lý thuyết và ứng dụng vào cảm biến sinh học. Chem. Sóc. Rev. 2019,48, 1390–1419. [Tham chiếu chéo]9. Trương, Y.; Lại, BS; Juhas, M. Những tiến bộ gần đây trong việc phát hiện và ứng dụng aptamer. Phân tử 2019, 24, 941. [CrossRef]
10. Chu, J.; Rossi, J. Aptamers là liệu pháp điều trị mục tiêu: Tiềm năng và thách thức hiện tại. Nat. Rev. Thuốc Discov. 2017, 16, 181–202.[CrossRef]
For more information:1950477648nn@gmail.com
