Nieuwe nanodeeltjes leveren therapie door de hersenen en bewerken het Alzheimer-gen in muizen

Gentherapieën hebben het potentieel om neurologische aandoeningen zoals de ziekte van Alzheimer en Parkinson te behandelen, maar ze hebben te maken met een gemeenschappelijke barrière: de bloed-hersenbarrière. Nu hebben onderzoekers van de Universiteit van Wisconsin-Madison een manier ontwikkeld om therapieën over het beschermende membraan van de hersenen te verplaatsen om hersenbrede therapie te leveren met een reeks biologische medicijnen en behandelingen.

“Er is nog geen remedie voor veel verwoestende hersenaandoeningen”, zegt Shaoqin “Sarah” Gong, UW-Madison hoogleraar oogheelkunde en visuele wetenschappen en biomedische technologie en onderzoeker aan het Wisconsin Institute for Discovery. “Innovatieve, op de hersenen gerichte afleveringsstrategieën kunnen daar verandering in brengen door niet-invasieve, veilige en efficiënte levering van CRISPR-genoomeditors mogelijk te maken, wat op zijn beurt zou kunnen leiden tot genoombewerkingstherapieën voor deze ziekten.”

CRISPR is een moleculaire toolkit voor het bewerken van genen (bijvoorbeeld om mutaties te corrigeren die ziekten kunnen veroorzaken), maar de toolkit is alleen nuttig als hij door de beveiliging naar de werklocatie kan komen. De bloed-hersenbarrière is een membraan dat selectief de toegang tot de hersenen regelt en gifstoffen en ziekteverwekkers uit de bloedbaan filtert. Helaas verhindert de barrière sommige gunstige behandelingen, zoals bepaalde vaccins en gentherapiepakketten, om hun doelen te bereiken, omdat ze worden opgedeeld in vijandige indringers.

Behandelingen rechtstreeks in de hersenen injecteren is een manier om de bloed-hersenbarrière te omzeilen, maar het is een invasieve procedure die alleen toegang geeft tot nabijgelegen hersenweefsel.

“De belofte van hersengentherapie en genoombewerkingstherapie berust op de veilige en efficiënte levering van nucleïnezuren en genoomeditors aan het hele brein”, zegt Gong.

In een studie die onlangs in het tijdschrift is gepubliceerd Geavanceerde materialenGong en haar laboratoriumleden, waaronder postdoctoraal onderzoeker en eerste auteur van de studie Yuyuan Wang, beschrijven een nieuwe familie van nanoschaalcapsules gemaakt van silica die hulpmiddelen voor het bewerken van het genoom in veel organen in het lichaam kunnen brengen en vervolgens onschadelijk kunnen oplossen.

Door de oppervlakken van de silica-nanocapsules aan te passen met glucose en een aminozuurfragment afkomstig van het rabiësvirus, ontdekten de onderzoekers dat de nanocapsules efficiënt door de bloed-hersenbarrière konden gaan om hersenbrede genbewerking bij muizen te bewerkstelligen. In hun studie toonden de onderzoekers het vermogen aan van de CRISPR-lading van de silica-nanocapsule om met succes genen in de hersenen van muizen te bewerken, zoals een gen dat verband houdt met de ziekte van Alzheimer, het amyloïde precursor-eiwitgen.

Omdat de nanocapsules herhaaldelijk en intraveneus kunnen worden toegediend, kunnen ze een hogere therapeutische werkzaamheid bereiken zonder meer gelokaliseerde en invasieve methoden te riskeren.

De onderzoekers zijn van plan om de hersengerichte mogelijkheden van de silica-nanocapsules verder te optimaliseren en hun bruikbaarheid voor de behandeling van verschillende hersenaandoeningen te evalueren. Deze unieke technologie wordt ook onderzocht voor de levering van biologische geneesmiddelen aan de ogen, lever en longen, wat kan leiden tot nieuwe gentherapieën voor andere soorten aandoeningen.