دسته: داروسازی

تحقیقات نشان می‌دهد که درمان‌های سلولی با یک ترکیب شیمیایی که بقای آن را پشتیبانی می‌کند برای درمان طیف وسیعی از بیماری‌ها مفید هستند. بررسی‌های آزمایشگاهی نشان می‌دهد که مولکول ساخته شده جدید توسط انسان – یک نوع آنتی‌اکسیدان – از سلول‌های سالم در برابر آسیب‌هایی که به هنگام بیماری و در طول درمان سلول به بیمار منتقل می‌شوند، محافظت می‌کند. چنین روش‌هایی در حال حاضر برای درمان افراد مبتلا به اختلالات خون و هم‌چنین رشد بافت پوست برای بیماران مبتلا به سوختگی شدید استفاده می‌شود.

مطالعه برروی ترکیب جدید آزمایش‌شده نشان می‌دهد که این ترکیب 10 برابر از قوی‌ترین آنتی اکسیدان موجود در طبیعت در محافظت از سلول‌ها در مقابل آسیب‌ موثرتر است. تا حدود 90 درصد سلول‌ها می‌توانند در طول پروسه پیوند، آسیب‌دیده یا کشته شوند، این می‌تواند احتمال موفقیت درمان را تحت تأثیر قرار دهد. کارشناسان می‌گویند که قبل از درمان سلول‌ها و قبل از این‌که به بیماران پیوند زده شود، می‌تواند به بهبود میزان موفقیت درمان‌های مبتنی بر سلول کمک کند.

محققان در حال تلاش برای ایجاد چنین روشی برای درمان بیماری‌هایی مانند بیماری پارکینسون و مولتیپل اسکلروز هستند. دانشمندان دانشگاه ادینبورگ سلول‌ها را در معرض یک ماده سمی قرار می‌دهند که تقلید از شوک‌هایی است که سلول‌ها هنگام پیوند آن‌ را تجربه می‌کنند. سپس آن‌ها آزمایش کردند که درمان سلول‌ها با آنتی‌اکسیدان‌ها می‌تواند آن‌ها را از آسیب محافظت کند.

محققان ترکیب جدید مصنوعی را Proxison نامیده‌اند که 90 درصد از سلول‌ها را از مرگ نجات می‌دهد. مطالعات دیگری نیز در مورد zebrafish انجام شده است، آنتی‌اکسیدان ساخته شده توسط انسان که می‌تواند سلول‌ها را از مرگ محافظت کند. برای رسیدن به نتیجه مشابه، بیش از 10 برابر غلظت قوی آنتی‌اکسیدان طبیعی مورد آزمایش قرار گرفت.

محققان علاقه‌مندند بدانند که آیا آنتی‌اکسیدان‌ها می‌توانند به افزایش شانس انواع درمان‌های سلول‌ کمک کنند یا نه؟ بسیاری از بیماران ممکن است بتوانند از این درمان‌ها بهره مند شوند اگر بقای سلولی بتواند به طور قابل توجهی بهبود یابد. آنتی‌اکسیدان جدید بر اساس ترکیب طبیعی موجود در میوه و سبزیجات طراحی شده است. این تیم تغییرات کمی را در ساختار شیمیایی ایجاد کرد تا یک آنتی‌اکسیدان فوق‌العاده تولید کند که امیدوار است به یک داروی بالقوه جدید تبدیل شود.

دكتر تیلو کونات مدير ارشد پژوهشگاه علوم پزشكي دانشگاه ادينبورگ، گفت: “ما Proxison را به عنوان يك آنتي‌اكسيدان قدرتمند تشخيص داديم كه در محافظت از سلول‌ها از استرس اكسيداتيو و آسيب‌هاي راديكال آزاد بسيار موثر است.” این مطالعه در ادینبورگ یک گام مهم در جلوگیری از کنار گذاشتن موانع درمانی با پتانسیل افزایش کارایی سلول‌های پیوند شده در بیماران است و اجازه می‌دهد تا بیماران کمتر با منابع گران قیمت درمان شوند.”

منابع:

Halliwell, B., 1994. Free radicals, antioxidants, and human disease: curiosity, cause, or consequence?. The lancet, 344(8924), pp.721-724

Drummond, N.J., Davies, N.O., Lovett, J.E., Miller, M.R., Cook, G., Becker, T., Becker, C.G., McPhail, D.B. and Kunath, T., 2017. A novel mitochondrial enriched antioxidant protects neurons against acute oxidative stress. bioRxiv, p.109439

Sidransky, E., Nalls, M.A., Aasly, J.O., Aharon-Peretz, J., Annesi, G., Barbosa, E.R., Bar-Shira, A., Berg, D., Bras, J., Brice, A. and Chen, C.M., 2009. Multicenter analysis of glucocerebrosidase mutations in Parkinson’s disease. New England Journal of Medicine, 361(17), pp.1651-1661.

بسیاری‌ از انواع استرس‌ها در سلول‌های دارای ژن HD (بیماری هانتینگتون) رخ می‌دهد و بررسی مکانیزم آن می‌تواند روش جدیدی را در جهت معرفی داروهای HD معرفی کند. در مطالعه جدید، مخمر برای تعیین این‌که کدام پروتئین می‌تواند این سلول‌ها را از آسیب و مرگ محافظت کند و کشف یک آنتی‌اکسیدان محافظ و یک داروی مرتبط بررسی شد.

ژن‌ها الگوی ساخت پروتئین‌ها در هر موجود زنده هستند که هر پروتئین نقش منحصر به فردی در سلول دارد.‌ ژنی که باعث بروز بیماری هانتینگتون می‌شود الگوی نادرست فولدینگ پروتئین را کد کرده و باعث بروز بیماری هانتینگتون می‌شود. مکانیسم این جهش به درستی مشخص نشده است اما حضور آن به سلول‌های مغزی آسیب می‌رساند.

بروز علایم HD و سایر اختلالات عصبی به صورت ناگهانی اتفاق می‌افتد، زیرا سلول‌های مغزی دارای مکانیسم‌های مبارزه با عوارض جانبی پروتئین‌های معیوب هستند. در حقیقت، برخی از مکانیسم‌های مولکولی به طور خاص جهت کمک به سلول‌ها برای محافظت در برابر اشتباهات ژنتیکی که باعث بیماری می‌شوند، ایجاد شده است. بنابراین، کدام بخش‌ مهمترین دفاع در برابر محیط سمی تولید شده توسط هانتینگتون جهش یافته ارائه می‌دهد؟ اگر محققان بتوانند مشخص کنند که کدام پروتئین‌ها به سلول‌ها کمک می‌کنند تا از مرگ سلولی در امان باشند، داروهای موثر برای تقویت دفاع سلولی معرفی می‌شود.

اما حتی ساده‌ترین سلول‌ها از هزاران پروتئین تشکیل شده‌است و این چالشی برای یافتن پروتئین موثر در این سیستم دفاعی است. اخیرا گروهی از محققین به مطالعه HD در سیستم بسیار ساده مخمر پرداختند. محققان می‌توانند قطعه کوچک از ژن HD انسان را به یک سلول مخمر وارد کنند تا مخمر بتواند پروتئین هانتینگتون جهش یافته تولید کند. سلول‌های مخمر تحت تاثیر ژن جهش یافته قرار گرفته و رشد این سلول‌ها را طی چند روز متوقف می‌کند. جهت بررسی مکانیسم تاثیرگذار در دفاع از مرگ سلولی جمعیت بزرگی از مخمرهای جهش‌یافته بررسی شدند و این آزمایش برای همه پروتئین‌های سلولی تکرار شد. اکثر گروه‌های مخمر دچار مرگ سلولی شدند اما برخی دیگر که دارای پروتئین اضافی بودند محافظت شدند.

محققین بیش از 300 پروتئین سرکوب کننده را کشف کردند که هنگام سنتز، مخمرها را از مرگ توسط هانتینگتون محافظت می‌کرد. آن‌ها از پایگاه‌های داده ژنتیکی و نرم‌افزار بررسی عملکرد پروتئین مخمر استفاده کردند تا مشخص شود کدام یک از آن‌ها مشابه پروتئین بدن است. یکی از قوی‌ترین پروتئین‌های سرکوب کننده، گلوتاتیون‌پراکسیداز1 یا Gpx1 نامیده می‌شود. از 300 پروتئین که به مخمرهای HD برای زنده‌مانی کمک کرد، Gpx1 نقش به‌سزایی داشته و می‌تواند به کاهش اثرات آنتی‌اکسیدانی کمک کند.

شواهد قوی وجود دارد که  نشان می‌دهد ROS در سلول‌های مغزی بیماران مبتلا به هانتینگتون افزایش می‌یابد. تاکنون، استراتژی‌های آنتی‌اکسیدانی برای درمان HD بسیار موثر بوده‌اند. بااین حال، Ebselen، که نقش پروتئین Gpx1 را تقلید می‌کند، نقش اندکی در مطالعات بالینی اولیه برای اختلالات سکته مغزی که در اثر افزایش تولید ROS به وجود آمده‌اند نشان می‌دهد.

مخمر دارای ژن HD زمانی‌که پروتئین آنتی‌اکسیدانی Gpx1 را دریافت می‌کند زنده‌مانی بهتری از خود نشان می‌دهد. اما چه موجودی نزدیکی سلولی بیشتری به انسان نسبت به مخمر دارد؟ مگس دارای ژن HD دارای مشکلات خواب و حرکت پروازی است و سلول‌های عصبی نور سنجی در چشمشان دچار اختلال می‌شود. زمانی‌که Gpx1 به صورت ژنتیکی به مگس‌های بیمار وارد شود، رفتار و سلول‌های عصبی آن‌ها بهبود می‌یابد. مگس های تیمارشده با Ebselen پیشرفت بیشتری را در بهبودی نشان می‌دهند. افزایش مقدار Gpx1 و یا تیمار با Ebselen سلول‌های موش را از افزایش مقدار ROS و دیگر مولکول‌های مضر محافظت می‌کند.

این‌ها یافته‌های هیجان انگیزی است، اما اگر آنتی‌اکسیدان‌های دیگر در مدل‌های حیوانی و آزمایش‌های بالینی HD بی‌اثر باشند، چرا Gpx1 یا Ebselen تاثیرگذارند؟ یک دلیل برای شکست درمان‌های آنتی‌اکسیدانی این است که آن‌ها با روش‌های متفاوت از سلول‌های مغزی HD عمل می‌کنند.

واقعیت این است که Gpx1 و Ebselen به بهبود تقریبی ​​در مخمر، سلول‌های موش و مگس منجر شده‌است اما به این معنی نیست که Ebselen آماده آزمایش‌های بالینی در HD است زیرا مطالعات نشان نمی‌دهند که آیا این ماده بر بهبود مستقیم سلول‌های مغزی تاثیرگذار هستند یا نه؟ با این وجود این دارو نقش محافظتی یک پروتئین آنتی‌اکسیدان را تقلید می‌کند و می‌تواند گام مهمی در درمان‌های مبتنی بر Ebselen باشد.

یکی از نتایج مهم این مطالعه که با استفاده از یک ارگانیسم ساده انجام شده است، معرفی 300 پروتئین است که احتمالا در حفاظت سلولی در HD نقش دارند. هم‌چنین مطالعات بیشتر نشان داد برخی از پروتئین‌ها به صورت تعاونی عمل کرده و در یک شبکه مشترک به رغم حضور ژن معیوب باعث زنده‌مانی بیشتر سلول می‌شوند.

منابع:

Giorgini, F., Guidetti, P., Nguyen, Q., Bennett, S.C. and Muchowski, P.J., 2005. A genomic screen in yeast implicates kynurenine 3-monooxygenase as a therapeutic target for Huntington’s disease. Nature genetics, 37(5), p.526.

Bates, G.P., MacDonald, M.E., Baxendale, S., Sedlacek, Z., Youngman, S., Romano, D., Whaley, W.L., Allitto, B.A., Poustka, A., Gusella, J.F. and Lehrach, H., 1990. A yeast artificial chromosome telomere clone spanning a possible location of the Huntington disease gene. American journal of human genetics, 46(4), p.762.

Mason, R.P. and Giorgini, F., 2011. Modeling Huntington disease in yeast: perspectives and future directions. Prion, 5(4), pp.269-276.

محققان معتقدند که یک ساختار پروتئینی به نام آمیلوئید بتا، عامل اصلی آسیب عصبی در بیماری آلزایمر است.
مطالعه‌ای در دانشگاه کالیفرنیا سان دیگو که در مجله Journal of Biological Chemistry به چاپ رسیده، نشان می‌دهد که آمیلوئید بتا یکی از پروتئین‌های آنتی‌اکسیدانتی مغز را مختل می‌کند، همچنین در این مطالعه راهی برای محافظت از اثرات مضر آمیلوئید بر روی پروتئین‌های آنتی اکسیدانتی پیشنهاد شده است.
پروفسور جری یانگ در این رابطه می‌گوید: به نظر می‌رسد آمیلوئید، سبب آسیب به سلول‌ها می‌شود. در مطالعه حاضر شیوه بسیار دقیقی از یک فعل و انفعال بالقوه، در رابطه با اینکه آمیلوئید چطور می‌تواند باعث ایجاد بیماری شود و راه مقابله با آن چیست را پیدا کردیم.
این مطالعه بر روی کاتالاز (آنزیمی که اکسیدانت‌های اضافی را از بین می‌برد) تمرکز داشته، زیرا کاتالاز به طور معمول به جلوگیری از آسیب مغزی در بیماران مبتلا به آلزایمر کمک می‌کند و در مطالعات قبلی نشان داده شده که پروتئین‌های کاتالاز در پلاک‌های آمیلوئیدی ذخیره می‌شوند.

واکنش میان رشته‌های تجمع یافته سمی پپتیدهای بتا آمیلوئیدی (یکی از نشانه‌های بیماری آلزایمر است) با پروتئین‌هایی مانند آنزیم کاتالاز (بعنوان یک آنتی‌اکسیدانت) که با رنگ قرمز نشان داده شده است. این واکنش، کاتالاز را غیرفعال می‌کند، که سبب آسیب اکسیداتیو به سلول‌های عصبی کشت داده شده، می‌شود. پوشش مقاوم در برابر پروتئین (آبی) بر روی آمیلوئید‌های تجمع یافته مانع از آسیب‌های اکسیداتیو شده و سلول را از سمیت بتا آمیلوئیدی مصون نگه‌می‌دارد.

لیلا حبیب، دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی زیستی و نویسنده نخست این مقاله می‌افزاید: در این مطالعه، آمیلوئید به محیط کشت سلول‌های عصبی اضافه شد و اثرات آن مورد بررسی قرار گرفت. وی گفت: ما توانستیم تعامل میان بتا آمیلوئید و کاتالاز را ارزیابی کرده و به این نتیجه برسیم که در این بین، عملکرد فیزیولوژیکی کاتالاز دچار اختلال شده و تبدیل پراکسید هیدروژن به اکسیژن و آب به درستی صورت نمی‌پذیرد.
این محققان جهت جلوگیری از تعامل آمیلوئید با دیگر پروتئین‌ها، اقدام به پوشاندن آمیلوئید توسط مولکول‌های کوچکی کردند و توانستند فعالیت کاتالاز و پراکسید هیدروژن درون سلول‌ها را به سطوح نرمال بازگردانند. این پوشش که محققان برای بررسی اثر متقابل آمیلوئید و کاتالاز استفاده کردند، نامزدی برای پیدایش یک داروست که در آزمایشگاه پروفسور یانگ توسعه یافته است.

منبع:

Habib, Lila K., Michelle TC Lee, and Jerry Yang. “Inhibitors of catalase-amyloid interactions protect cells from β-amyloid-induced oxidative stress and toxicity.” Journal of Biological Chemistry 285.50 (2010): 38933-38943.