Nieuwe nanoflower -technologie kan hersenen beschermen tegen oxidatieve schade

Bij Texas A&M Agrilife Research bloeit een nieuwe tak van hersenwetenschap op moleculaire schaal – met nanoflowers.

Een studie gepubliceerd in de Journal of Biological Chemistry toonde aan dat nanoflowers-een type metalen bloemvormige nanodeeltjes-hersencellen kunnen beschermen en genezen door de gezondheid en omzet van mitochondriën te bevorderen, de moleculaire machines die verantwoordelijk zijn voor het produceren van de meeste energie van onze cellen.

Deze bevindingen suggereren een veelbelovende nieuwe benadering van neurotherapeutica die zich richt op de onderliggende mechanismen van ziekten zoals Parkinson en Alzheimer, in plaats van alleen het beheren van symptomen.

De studie werd uitgevoerd door Charles Mitchell, een doctoraatsstudent aan het Texas A&M College of Agriculture and Life Sciences Department of Biochemistry and Biophysics, en onderzoekspecialist Mikhail Matveyenka. Beide zijn leden in het lab van Dmitry Kurouski, Ph.D., universitair hoofddocent en Texas A&M Agrilife Institute for Advancing Health via Agriculture Researcher, die toezicht hield op het project.

“Deze nanoflowers zien er prachtig uit onder een microscoop, maar wat ze in de cel doen is nog indrukwekkender,” zei Kurouski. “Door de gezondheid van hersencellen te verbeteren, helpen ze een van de belangrijkste stuurprogramma’s van neurodegeneratieve ziekten aan te pakken die zich al lang tegen therapeutische doorbraken hebben weerstaan.”

Mitochondria in het hart van de gezondheid van de hersenen

Mitochondria, vaak de ‘krachtpatsers van de cel’ genoemd, zijn verantwoordelijk voor het veranderen van voedsel in energie die het lichaam kan gebruiken. Net als elk energiesysteem produceren ze echter wat afval in het proces, inclusief verhoogde reactieve zuurstofspecies – eenstabiele moleculen die cellen kunnen beschadigen als ze niet correct worden beheerd.

Om het therapeutische potentieel van nanoflowers te beoordelen, testte het team van Kurouski, dat gespecialiseerd is in neurodegeneratieve ziekten, hoe twee nanoflowers neuronen beïnvloeden en ondersteunende hersencellen genaamd astrocyten. Binnen 24 uur na behandeling zagen ze een dramatische daling van niveaus van reactieve zuurstofspecies, samen met tekenen van verbeterde mitochondriale integriteit en hoeveelheid.

“Zelfs in gezonde cellen wordt wat oxidatieve stress verwacht,” zei Kurouski. “Maar de nanoflowers lijken de prestaties van mitochondriën te verfijnen, waardoor uiteindelijk de niveaus van hun giftige bijproducten tot bijna niets worden gebracht.”

Omdat de gezondheid van de hersenen en de mitochondriale functie strak zijn gekoppeld, gelooft Kurouski dat het beschermen van mitochondriën in hersencellen kan leiden tot een zinvolle verbetering van de hersenfunctie na schade door ziekte, met name die zoals Parkinson en Alzheimer.

“Als we mitochondriale gezondheid kunnen beschermen of herstellen, dan behandelen we niet alleen symptomen – we richten de oorzaak van de schade aan,” zei Kurouski.

De bevindingen uitbreiden buiten celculturen

Na het zien van de effecten in individuele cellen, evalueerden onderzoekers vervolgens de nanoflowers in Caenorhabditis elegans, een goed ingeburgerd modelorganisme dat wordt gebruikt in neurologisch onderzoek, om de effecten op hele organismen te testen.

Wormen behandeld met een van de nanoflowers overleefden dagen langer dan hun onbehandelde tegenhangers, die een typische levensduur van ongeveer 18 dagen hebben. Degenen die werden behandeld, hadden ook een lagere mortaliteit tijdens de vroege levensfase, een andere indicatie van het neuroprotectieve potentieel van de nanoflowers.

Vooruitkijkend is Kurouski van plan om toxiciteits- en distributiestudies uit te voeren in meer complexe diermodellen, een belangrijke stap voorafgaand aan klinische onderzoeken.

Een nieuw pad voor naar neurotherapeutica

Ondanks tientallen jaren onderzoek blijven effectieve neuroprotectieve geneesmiddelen ongrijpbaar. De meeste therapieën voor neurodegeneratieve ziekten vertrouwen op het beheren van symptomen zonder de onderliggende celschade aan te pakken. Kurouski is echter van mening dat, door rechtstreeks op mitochondriale gezondheid en oxidatieve stress te richten, nanoflowers een innovatieve nieuwe benadering van de behandeling kunnen bieden.

Zijn team werkte onlangs met Texas A&M innovatie om een patentaanvraag in te dienen voor het gebruik van nanoflowers in neuroprotectieve behandelingen, en ze zijn van plan samen te werken met het Texas A&M College of Medicine wanneer ze klaar zijn om het effect van de nanoflowers verder te verkennen voor de behandeling van beroerte, spinale snoerletsels en neurodegeneratieve ziekten.

“We denken dat dit een nieuwe klasse van therapeutica zou kunnen worden,” zei Kurouski. “We willen ervoor zorgen dat het veilig, effectief is en een duidelijk werkingsmechanisme heeft. Maar op basis van wat we tot nu toe hebben gezien, is er een ongelooflijk potentieel in nanoflowers.”