Aptamer-applikationer i neurovidenskab del 4

PET er en anden yderst effektiv billeddannelsesmetode, der bruges i klinisk diagnostik, da den kan give tomografisk opløsning i enhver vævsdybde.

PET-scanning, positronemissionstomografi, er en medicinsk billeddannelsesteknologi, der kan bruges til at detektere forskellige organers og vævs funktionelle og metaboliske status. I de senere år er PET-scanninger også blevet meget brugt til at studere hukommelse.

Undersøgelser har fundet ud af, at PET-scanninger kan detektere metabolisk aktivitet og blodgennemstrømning i hjernen, som er tæt forbundet med menneskets kognitive og hukommelsesevner. PET-scanninger kan bruges til at observere, om der er abnormiteter i områder relateret til kognition og hukommelse, og hvordan de transmitterer og behandler information.

Anvendelsen af ​​PET-scanning har gjort det muligt for forskere at gøre enorme fremskridt med at studere nervesystemet. For eksempel fandt en undersøgelse, at ældre voksnes hjernemetabolisme er langsommere end hos yngre voksne, hvilket er en af ​​hovedårsagerne til, at ældre voksne oplever hukommelsestab og kognitiv tilbagegang. Derudover kan PET-scanninger påvise tegn på neurologiske sygdomme, såsom neurodegenerative sygdomme og Alzheimers sygdom. Dette kan hjælpe læger med at diagnosticere og behandle disse sygdomme tidligt for at lindre patienternes lidelser så meget som muligt.

Desuden, som vi forstår, er hukommelse en kompleks neural proces. PET-scanningsteknologi giver os mulighed for bedre at forstå processen med hukommelsesdannelse og -bevaring. Dette hjælper os med at udvikle bedre hukommelsestræningsmetoder, så folk bedre kan mestre viden og færdigheder.

Sammenfattende giver brugen af ​​PET-scanninger til at studere hukommelse os mere omfattende data og en dybere forståelse. Gennem denne teknologi kan vi bedre forstå, evaluere og forbedre vores hukommelse og kognitive evner for bedre at tilpasse os social udvikling og hverdagsliv. Det kan ses, at vi skal forbedre hukommelsen, og Cistanche deserticola kan forbedre hukommelsen markant, fordi Cistanche deserticola er et traditionelt kinesisk medicinsk materiale, der har mange unikke effekter, hvoraf en er at forbedre hukommelsen. Virkningen af ​​Cistanche deserticola kommer fra de mange aktive ingredienser, den indeholder, herunder garvesyre, polysaccharider, flavonoidglykosider osv. Disse ingredienser kan fremme hjernens sundhed på en række forskellige måder.

Klik på Kend for at forbedre korttidshukommelsen

PET-billeddannelse er baseret på positron-emitterende radioisotoper, såsom 13N, 18F, 11C, 64Cu, 124I og 68Ga. Fluorisotopen (18F) bruges ofte på grund af dens fordelagtige halveringstid på omkring 110 minutter, ubesværet produktion, rene henfald og lavemissionsenergi.

Hvad angår MR, er den vigtigste udfordring for PET at designe målspecifikke billeddannende midler [128]. Til dette formål blev det påvist, at thrombinaptameren kunne fotokemisk konjugeres med 3-azido-5-nitrobenzylfluorid ([18F]ANBF) [70].

Også PET-billeddannelse baseret på 18F-mærkede aptamerer er blevet rapporteret for proteiner såsom tenascin C [131], proteinet tyrosinkinase 7 [132] og EGF-receptoren [133].

3.7.2. Diagnose

Den epidermale vækstfaktor-receptorvariant III (EGFRvIII), som er onkogen på grund af dens konstitutive aktivering snarere end at blive reguleret af EGFR-ligander, øger gliomatumorigenicitet og resistens over for behandling [134]. U87-EGFRvIII-cellerne, der overudtrykker EGFRvIII, blev brugt til at opnå DNA-aptamerer, der ændrede cellevæksthastigheden og øgede radiosensitivitet [135].

Bindingsevnen af ​​aptamererne (U2, U8, U19 og U31) til U87-EGFRvIII blev bekræftet via flowcytometri og konfokal mikroskopianalyse. Theaptamer hæmmede tumorcelle (U87) proliferation og metastase og påvirkede signalbegivenheder nedstrøms for EGFR.

Også flere varianter af denne aptamer blev udviklet ved en række modifikationer. Mens trunkering øgede dens specificitet, gav indsættelsen af ​​GCpairs i dens hårnålestænge forbedret termisk stabilitet. Aptamerer med pyrenmodifikationer identificeret ved hjælp af molekylær docking øgede aptamers affinitet til målmolekyler [136]. Desuden viste 118Re-mærket U2 en antitumoreffekt in vivo.

Disse lovende resultater tilskynder anvendelsen af ​​U2 aptameren som et nyt terapeutisk middel i målrettede lægemiddelleveringssystemer [125]. Størstedelen af ​​de nuværende terapeutiske midler har fejlet på grund af den lave specificitet af det terapeutiske middel, der udviser bivirkninger.

Hovedformålet med målrettet terapi er at øge selektiviteten af ​​lægemidler og at reducere "off-target" bivirkninger. En tilgang til at nå dette mål er gennem lægemiddelleveringssystemer, der anvender ligander, der er specifikke for sygdommen, såsom aptamer-lægemiddelkonjugater (ApDC'er) [137].

Prodigiosin produceret af bakterien Serratia marcescens er cytotoksisk med anti-cancer og anti-malaria funktioner. Et af dets derivater, prodigiosin 25-C, har immunsuppressiv aktivitet. En aptamer konjugeret med prodigiosin retter sig specifikt mod hjernekræftcelleoverflader.

Ved hjælp af et molekylært modelleringsværktøj fik Ascalaph-designersoftware, glutamatreceptoren og forskellige aptamerer lov til at interagere i NVT-ensemblet i varigheden af ​​50 ns og ved 310 K. Fra denne simuleringsundersøgelse blev fem kandidat-aptamerer identificeret baseret på deres delta intermolekylære energi (∆ INME). For at bekræfte simuleringsdataene blev disse udvalgte aptamerer inkuberet med hjernecancerceller og normale hjerneceller individuelt.

Endelig blev den specifikke bindingsprocent for hver aptamer beregnet for begge celletyper. Det blev observeret, at aptamer 8, 10, 11, 23 og 69 har evnen til at målrette epitoper på alle hjernekræftceller med høj affinitet og lav ∆ INME. Derudover blev aptamer 10 blandt disse adsorberet af hjernekræftceller i høje niveauer, og dets adsorption af normale celler var dramatisk lav [138].

Som tidligere nævnt er en væsentlig begrænsning af behandling af hjernesygdomme BBB, som begrænser størstedelen af ​​små molekyler i at komme ind i hjernen. Behovet for vævsspecifik målretning er en anden begrænsende faktor. At levere lægemidler til vigtige syge områder i hjernen er en vigtig tilgang til effektiv terapi.

Transferrin (Tf), til stede på endotelcellemembranerne i BBB, gør det muligt for molekyler at krydse BBB [139-141]. I en nylig undersøgelse blev en aptamer rettet mod Tf-receptoren (TfR) fusioneret til en aptamer, der binder til EpCAM (epitelcelleadhæsionsmolekyle)-udtrykkende cancerceller [142]. Aptamer-konjugatet opretholdt specificitet og viste en øget bindingsaffinitet for EpCAM og TfR.

Transcytose af disse aptamerer gennem BBB blev bekræftet in vivo efter en 1-nmolinjektion. Denne undersøgelse viste, at bifunktionelle aptamer-kimærer kan overvinde BBB og har potentialet til specifikt at behandle hjernesygdomme.

Ved at bruge en lignende strategi med partikler, blev mesoporøst ruthenium [Ru (bpy) 2 (tip)]2+ (RBT) nanopartikler (MRN) forsynet med en dobbelt-målretningsfunktion, som blev opnået af aptameren AS1411 (Apt) og Tf podet på MRN-overfladerne, hvilket resulterede i høj anti-cancer-lægemiddelkapacitet [143]. Dette nanosystem RBT@MRN-SS-Tf/Apt muliggjorde effektiv BBB-penetration af Tf og specifik målretning for at dræbe gliomcellerne in vitro og in vivo.

Desuden inducerede produktionen af ​​reactiveoxygen species (ROS) af [Ru (bpy) 2 (tip)]2+ apoptose af gliomceller under laserbestråling, hvilket muliggør fotodynamisk terapi (PDT), som har vist sig at øge overlevelsesperioden.

Disse lægemiddelleveringstilgange viser, at målretning af TfR kan være et vellykket middel til at flytte last hen over BBB, og at aptamer-kimærerne effektivt kan bruges til dette formål til at behandle hjernetumorer og andre hjernesygdomme i CNS. Små interfererende RNA'er (siRNA) har sekvensspecifik gen-dæmpende evne, hvilket gør dem til alternative terapeutiske værktøjer.

Imidlertid har leveringen af ​​siRNA til målceller været udfordrende, hvor adskillige aptamer-baserede siRNA-leveringssystemer er blevet udviklet for at øge effektiviteten af ​​siRNA'er [66]. Specifik levering af STAT3-siRNA tilGBM-celler blev opnået under anvendelse af en kimær aptamer bestående af en siRNA-målrettet STAT3 (signaltransducer og aktivator af transkription 3) konjugeret med en Gint4.

T aptamermålretning mod PDGFR (blodpladeafledt vækstfaktorreceptor). STAT3 er en nøgleregulator af den aggressive mesenkymale glioblastom-subtype. Leveringen af ​​systemet og dæmpningen af ​​STAT3 blev bestemt i PDGFR-positive GBM-celler. Det blev også vist, at kimærsystemet reducerer cellelevedygtighed og migration in vitro og hæmmer tumorvækst og angiogenese in vivo [144].

Aptamerer kan anvendes til diagnose, da de specifikt binder til en række forskellige glioblastomcellelinjer over andre cancercellelinjer med Kds i området 78-168 nM [63]. En familie af DNA-aptamerer blev udvalgt og optimeret til binding af en gliosarcoma-cellelinje (K308) ved hjælp af celle-SELEX [145].

De har Kd-værdier i det nanomolære område med den højeste affinitetsaptamer (WQY-9) med en Kd på 21 nM. WQY-9 var meget selektiv for K308-celler og blev internaliseret af K308 ved 37 ◦C. Når den blev testet mod paraffinindlejrede vævsprøver, farvede den trunkerede version af WQY-9 (WQY-9-B) 73 % (11 af 15) gliosarkomprøver sammenlignet med 17 % af 12 normale prøver.

En tilfældig DNA-sekvens farvede henholdsvis 13 og 20 % af gliosarcom og normale prøver. En RNA-aptamer (H02) blev også udvalgt af celle-SELEX, der binder alfa-5-beta-1-integrinet og kan skelne mellem glioblastomcellelinjer og væv fra patientafledte tumorxenografter i cyto- og histofluorescensassays [146].

Der er således adskillige aptamerer, der lover applikationer til at producere mere effektive gliosarkom-diagnostiske værktøjer. Nogle af aptamererne er anført i tabel 3.

4. Konklusioner og fremtidsperspektiv

Lande med hurtigt aldrende befolkninger vil i fremtiden blive udfordret af et stigende antal mennesker, der er ramt af adskillige neurodegenerative sygdomme. I 2050 vil over to milliarder mennesker være over 60 år, og antallet af mennesker over 80 vil være tredoblet, fra 137 millioner i dag til 425 millioner.

Denne stigning i antallet af ældre individer forventes at blive ledsaget af en proportional stigning i antallet af patienter, der er ramt af neurologiske sygdomme.

En øget forekomst af hjernetumorer forventes også, både fordi forekomsten af ​​kræft stiger med alderen og muligvis forværres af den nedsatte effektivitet af reparationsmekanismer i den ældre hjerne.

Denne stigning i patienter med neurologiske sygdomme og hjernetumorer kunne formindskes, hvis faktorer, der gør ældre modtagelige for neurologiske lidelser og mekanismerne for proteinakkumulering, svækkelse af nedbrydning af aggregater og neuronal celledød blev forstået, og passende diagnostik og behandlinger blev udviklet.

Derfor vil forståelsen af ​​det grundlæggende grundlag for neurologiske sygdomme og hjernetumorer og deres indvirkning på aldring identificere midler til at forebygge eller helbrede dem og forbedre livskvaliteten for mange mennesker i alderdommen.

Antistoffer er i øjeblikket et primært middel til diagnosticering af molekylære biomarkører for neurologiske sygdomme, især for proteinbiomarkører. Antistoffer er dog dyre at fremstille, har batch-til-batch variation, der kræver omfattende kvalitetskontrol, og de kræver køleopbevaring. Når de anvendes terapeutisk, skal antistoffer også først "humaniseres" for at undgå immunafstødning.

Muligheder for diagnose og terapier kan udvides med inklusion af aptamerer, der er specifikke for sygdomsbiomarkører og aptamerkonstruktioner, der kan bruges til at løse terapeutiske udfordringer.

Selvom aptamerer giver fordele og mange nye muligheder for diagnostiske og terapeutiske anvendelser, er deres repræsentation i moderne diagnostik og terapeutik lav.

Sammenlignet med antistoffer er aptamerer relativt nyligt opdagede molekyler, og deres udvikling til godkendte diagnostiske og terapeutiske midler vil tage tid. I denne gennemgang har vi opsummeret de tilgængelige aptamerer, der bruges til diagnose og terapi, og listet dem med sekvenser og egenskaber i tabel 3.

Der er dog mange flere potentielle aptamer-mål med links til neurologiske sygdomme, herunder LRRK2, Parkin, PINK1, DRP-1, DJ-1, UBQLN2, C9orf72, NEK-1 og FAS.

Med yderligere optimering af deres funktion og standardisering af deres karakterisering forventes anvendelsen af ​​aptamerer at tage fart og give mange nye muligheder inden for diagnostik og terapeutik inden for neurovidenskab.

Forfatterbidrag: Alle forfattere har læst og accepteret den offentliggjorte version af manuskriptet.

Finansiering: Denne artikel er støttet af Tyrkiets videnskabelige og teknologiske forskningsråd (TÜB˙ITAK) 3501 (karriereudviklingsprogram), projektnummer 119S845.

Udtalelse fra institutionelle bedømmelsesudvalg: Ikke relevant.

Erklæring om informeret samtykke: Ikke relevant.

Erklæring om datatilgængelighed: Ingen nye data blev oprettet eller analyseret i denne undersøgelse. Datadeling gælder ikke for denne artikel.

Interessekonflikter: Forfatterne erklærer ingen interessekonflikter.

Referencer

1. Rangel, AE; Chen, Z.; Ayele, TM; Heemstra, JM In vitro-selektion af en XNA-aptamer, der kan genkende små molekyler. Nucleic Acids Res. 2018, 46, 8057-8068. [CrossRef] [PubMed]

2. Ilgu, M.; Nilsen-hamilton, M. Aptamers i Analytics. Analytiker 2016, 141, 1551-1558. [CrossRef] [PubMed]

3. Ellington, AD; Szostak, JW In vitro-selektion af RNA-molekyler, der binder specifikke ligander. Nature 1990, 346, 818-822. [CrossRef][PubMed]

4. Robertson, DL; Joyce, GF Selektion in vitro af et RNA-enzym, der specifikt spalter enkeltstrenget DNA. Nature 1990, 344.467-468. [CrossRef] [PubMed]

5. Tuerk, C.; Gold, L. Systematisk udvikling af ligander ved eksponentiel berigelse: RNA-ligander til bakteriofag T4 DNA-polymerase.Science 1990, 249, 505-510. [CrossRef] [PubMed]

6. Blind, M.; Blank, M. Aptamer selektionsteknologi og seneste fremskridt. Mol. Ther. Nukleinsyrer 2015, 4, e223. [CrossRef]

7. Kang, K.-NN; Lee, Y.-SS RNA-aptamerer: En gennemgang af de seneste tendenser og anvendelser. Future Trends Biotechnol. 2013, 131, 153-169.[CrossRef]

8. Munzar, JD; Ng, A.; Juncker, D. Dupleksede aptamere: Historie, design, teori og anvendelse på biosensing. Chem. Soc. Rev. 2019,48, 1390-1419. [CrossRef]9. Zhang, Y.; Lai, BS; Juhas, M. Nylige fremskridt inden for opdagelse af aptamer og applikationer. Molecules 2019, 24, 941. [CrossRef]

10. Zhou, J.; Rossi, J. Aptamers som målrettede terapier: Nuværende potentiale og udfordringer. Nat. Rev. Drug Discov. 2017, 16, 181-202.[CrossRef]

For more information:1950477648nn@gmail.com