Neues Molekül Karten zerebrovaskuläre system

Brasilianische und US-Forscher entwickelten ein Molekül namens FRW, dass in tests mit Mäusen erwies sich in der Lage die Bindung an die Blutgefäße im Gehirn, aber nicht in anderen Organen, wenn in die Blutbahn injiziert. Sie verwendet die Technik zu produzieren, die erste vollständige Karte von dem Gefäßsystem des Gehirns, ebnet den Weg für die Schaffung neuartiger Diagnose-imaging-Strategien und Therapien für Krankheiten wie Alzheimer und Parkinson.

Die Forschung wurde unterstützt durch São Paulo Research Foundation — FAPESP und der Leitung von Ricardo José Giordano, professor an der Universität São Paulo-chemisches Institut (IQ-USP) in Brasilien und Leiter der Vaskulären Biologie-Labor. Die Ergebnisse sind veröffentlicht in den Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Als Giordano erklärt, das größte Hindernis für die Entwicklung von Medikamenten in der Lage die Bindung an die Blutgefäße im Gehirn ist die Blut-Hirn-Schranke, eine selektiv durchlässige zellulären Grenze, die schützt das zentrale Nervensystem vor potenziell toxischen Substanzen in die Blutbahn. Allerdings ist diese Forschung zeigt,, dass die FRW bindet genau an endothelial cell-junctions der Blut-Hirn-Schranke.

Neben der Herstellung eine vollständige Karte des Gehirns Gefäßsystem, daher, die neue Technik könnte auch verwendet werden, um zu erkennen, das eine Art Lücke in der Blut-Hirn-Schranke, die möglicherweise eine der Ursachen von neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer und Parkinson.

„Theoretisch, wenn FRW nicht binden an das zerebrovaskuläre system, es ist ein Zeichen, dass die Barriere gestört ist,“ Giordano erzählt.

Zur Durchführung der Studie verwendeten die Forscher eine Bibliothek von Bakteriophagen, in der Regel als Phagen — Viren, die Bakterien infizieren, und kann verwendet werden, um Moleküle, weil Sie harmlos zu anderen Organismen.

„Jeder der Phagen in der Bibliothek geändert wurde, durch Gentechnik eine andere Oberfläche Peptid [protein Stück] aus, dass von dem ursprünglichen virus. Dieses Peptid trägt einen marker, der erkannt wird, wenn es bindet an spezifische Proteine, werden Sie in das zerebrovaskuläre system, in Tumoren, Nieren oder anderen Regionen des Organismus,“ Giordano sagte.

Die Technik ist bekannt als Phagen-display und gewann im Jahr 2018 Nobelpreis in Chemie für seine Schöpfer, George P. Smith und Gregory P. Winter. Smith erstmals beschriebene Phagen-display 1985. In den folgenden zehn Jahren, die Technik wurde angepasst für die Anwendung auf lebende Tiere Renata Pasqualini, ein in Brasilien geborene Forscher an der Rutgers University in den USA und einer der Autoren der Artikel in PNAS.

Die Forschung, geführt von Giordano begann im Jahr 2011 als Teil eines Projekts, für die São Paulo Research Foundation — FAPESP vergeben, die eine wissenschaftliche Einleitung Stipendium für Fenny Hui Fen Tang, der erste Autor des Artikels. Tang setzte den Fokus auf das Forschungsinteresse für Ihre master-und immer wieder für Ihre Doktorarbeit kürzlich abgeschlossen IQ-USP.

FAPESP auch Mittel zur Verfügung gestellt, um Giordano über einen Young Investigator Grant und eine Regelmäßige Forschung Gewähren.

Ankommen, das Molekül, das die Forscher injizierten Mäusen mit eine ganze Bibliothek, bestehend aus etwa 10 Milliarden verschiedene Phagen. Die modifizierten Viren zirkuliert in der Blutbahn, und obwohl die meisten waren beseitigt, die der Organismus einige an das Gefäßsystem der verschiedenen Organe und Gewebe, einschließlich der Blut-Hirn-Schranke.

Diese Phagen wurden abgerufen, die Tiere, Gehirne und kultivierten in Bakterien, so dass Sie multipliziert. Die next-generation-Phagen injiziert wurden, die in andere Mäuse auf die Auswahl. Nach drei Zyklen, rund 3.000 Phagen gebunden, um die Blutgefäße im Gehirn.

„Die Auswahl-Prozess wurde gewonnen, indem die Peptide mit den meisten Affinität mit dem zerebrovaskulären system, weil Sie multipliziert die meisten,“ Giordano erklärt.

Aus der 3.000-odd Peptide, die gebunden an die Blut-Hirn-Schranke, 1,021 enthalten eine Sequenz von drei Aminosäuren: Phenylalanin, Arginin und tryptophan (FRW).

„Wir fanden diese Sequenz ein panvascular marker für das Gehirn, da es erkennt alle Blut-Hirn-Gefäße,“ Giordano sagte. „Es hat jedoch keine Bindung an Blutgefäßen in andere Gewebe, die sind auch geschützt durch eine Barriere, wie in den Dickdarm und Hoden.“

Giordano und seine Gruppe waren überrascht zu erfahren, dass die FRW nicht binden, um die Blutgefäße der Netzhaut, die bislang als eine Erweiterung des zentralen Nervensystems.

„Die Barriere, die Blutgefäße in der Netzhaut war geglaubt zu sein sehr ähnlich oder sogar identisch zu der Blut-Hirn-Schranke, aber wir entdeckten einen Unterschied, zumindest bei Mäusen, Dank dieses Molekül“, sagte er. Diese Feststellung allein wird dazu führen, dass mehr Forschung über die Blut-retina-Schranke.

Synthetische Molekül

Die Forscher an der IQ-USP erfolglos versucht, Hilfe von biochemischen Techniken zur Identifizierung des zellulären Rezeptors an der die Phagen gebunden, so dass Sie zusammen mit Kollegen bei Adolpho Lutz-Institut in São Paulo, die sich im Transmissions-Elektronen-Mikroskopie (TEM). Dieses team hat nicht nur geholfen, Sie zu sehen, wie das Molekül in das Gehirn von lebenden Tieren aber auch gezeigt, dass die Phagen gebunden endothelial cell junctions der Blut-Hirn-Schranke. Der junctions betroffen sind, bekannt als „eng“, weil Sie verhindern, dass alle fremden Stoffe, einschließlich Wasser, die aus der Kreuzung der Blut-Hirn-Schranke.

„Jetzt brauchen wir, um das Phänomen im detail, wie die Struktur ist aus mehreren Molekülen,“ Giordano sagte.

Der nächste Schritt wird sein, zu synthetisieren das Peptid und sehen, ob die version, die im Labor hergestellt Handlungen der gleichen Weise wie die FRW in den Mäusen. Die Forscher denken, dass die synthetische version bindet auch der Blutgefäße im Gehirn, aber nicht in der Lage, um zu sehen, in dieser in-vivo.

Eine weitere zukünftige Richtung zu erkunden, andere Peptide, die nicht enthalten FRW und wählen Sie diejenigen, die bleiben in bestimmten Regionen des Gehirns, wie das Kleinhirn, Bulbus und Hemisphären, sodass mehr spezifische diagnostische tests in der Zukunft.