Neuspray met gouden nanodeeltjes levert gerichte behandeling aan de hersenen

Kleine gouden deeltjes die als dragers voor lithium fungeren, kunnen rechtstreeks aan de hersenen worden geleverd in de vorm van een neusspray. Ontwikkeld door wetenschappers van de Università Cattolica Rome Campus/Fondazione Policlinico Universitario A. Gemelli IRCCS, kan het nieuwe nanotechnologische apparaat worden gebruikt voor de behandeling en preventie van neuropsychiatrische en neurodegeneratieve ziekten.

Lithium is al in klinisch gebruik voor manisch-depressief syndroom, maar in orale formulering is het niet vrij van bijwerkingen. Het wordt gebruikt om neuropsychiatrische ziekten zoals bipolaire aandoeningen, neurodegeneratieve ziekten zoals de ziekte van Alzheimer en herseninfecties te bestrijden, zoals die veroorzaakt door herpes simplex -virus type 1, die verschillende recente studies hebben gekoppeld aan een verhoogd risico op neurologische ziekten.

Gepubliceerd in het dagboek Geavanceerde materialen En reeds gepatenteerd, het idee is het resultaat van een studie die heeft aangetoond dat het mogelijk is om de activiteit van een enzym direct te remmen dat een sleutelrol speelt bij de ontwikkeling van deze ziekten (glycogeen synthasekinase-3 beta, GSK-3β) direct in de hersenen door het gebruik van lithium afgeleverd door intranasaal toegediende gouden nanopartikelen.

Het onderzoeksteam werd geleid door Roberto Piagentini, universitair hoofddocent fysiologie aan Università Cattolica/Fondazione Policlinico Universitario A. Gemelli IRCCS; Antonio Buonerba, universitair hoofddocent anorganische chemie aan de Universiteit van Salerno; Alfonso Grassi, volledige professor in anorganische chemie aan de Universiteit van Salerno; en Claudio Grassi, hoogleraar fysiologie en directeur van de afdeling Neurowetenschappen aan de Università Cattolica/Fondazione Policlinico Universitario Agostino Gemelli IRCCS.

Deze innovatieve therapeutische benadering bereikt dezelfde effecten als oraal toegediend lithium, maar met behulp van aanzienlijk lagere concentraties van dit ion en het specifiek gericht op de hersenen, waardoor het risico op bijwerkingen wordt verminderd.

In de studie demonstreerden de onderzoekers de effectiviteit van dit nieuwe nanotechnologische apparaat bij het remmen van de activiteit van het GSK-3β-enzym in de hippocampus en het herstellen van geheugen al gecompromitteerd in een experimenteel model van de ziekte van Alzheimer, zonder bijwerkingen bij de behandelde dieren.

Studies zijn momenteel aan de gang om andere toepassingsgebieden voor dit apparaat te verifiëren en om de veiligheidsbeoordeling te voltooien om snel door te gaan met zijn klinische toepassing.

GSK-3β, lithium en gouden nanodeeltjes

GSK-3β is een enzym dat essentieel is voor veel cellulaire functies: er wordt geschat dat meer dan 100 eiwitten het doelwit zijn van dit kinase, dat een moleculaire machine is die een chemische groep (fosfaat) aan andere moleculen bevestigt, dus hun functie. Abnormale activering van dit enzym kan daarom een ​​defecte werking van de doel -eiwitten veroorzaken en het begin van verschillende ziekten bevorderen.

In the case of neurodegenerative diseases, such as Alzheimer’s disease, or neuropsychiatric disorders such as bipolar disorder, hyperactivation of the GSK-3β enzyme is observed, which in turn involves key proteins, such as tau protein, and aberrant activation of the Wnt/β-catenin pathway, involved in the entry of various viruses, such as Herpes Simplex 1 en SARS-COV-2. Het beheersen van de activering van dit enzym in specifieke hersengebieden kan dus het begin van deze ziekten tegengaan.

Lithium is een krachtige remmer van GSK-3β. De lithiumconcentraties die nodig zijn om de moleculaire mechanismen tegen te gaan die verantwoordelijk zijn voor neurodegeneratieve ziekten of virale infecties die het centrale zenuwstelsel beïnvloeden, zijn hoger dan die geacht als aanvaardbaar in termen van risico/batenverhouding, waardoor de therapeutische toepassingen van het medicijn aanzienlijk worden beperkt.

Professor Piagentini legt uit: “Onze uitdaging was om een ​​apparaat te ontwikkelen dat ons in staat zou stellen het therapeutische potentieel van lithium te benutten zonder nadelige effecten te veroorzaken en dat kan op een locatiespecifieke manier worden geleverd, waardoor systemische toediening wordt vermeden.”

Professor Buonerba voegt eraan toe: “Gouden nanodeeltjes zijn het optimale hulpmiddel voor dit type strategie. Ze kunnen worden gefunctionaliseerd met glutathione, die enerzijds de vorming van aggregaten die gemakkelijk cellen binnenkomen bevordert en de cellen van de cellen in de cellen binnenkomen en de cellen van de cellen worden ingevoerd, Therapeutische concentraties van dit ionen te verkrijgen met lage toediening doses. “

Professor Piagentini gaat verder, “bovendien is de intranasale route een keuzevak voor het rechtstreeks gericht op de hersenen en het omzeilen van de systemische circulatie, waardoor de veiligheid van onze nanodevice wordt geoptimaliseerd. Goud, een inert metaal dat al is bewezen om onschadelijk te zijn in biologische systemen, wordt geëlimineerd door nieruitbreiding, beperkt zijn accumulatie in de hersenen na herhaalde tijd.”

Professor Antonio Buonerba stelt: “De veelzijdigheid van deze nieuwe farmaceutische vector is buitengewoon. De ontwikkelde nanodeeltjes kunnen worden geladen met verschillende farmacologische actieve ingrediënten en kunnen biologische cellulaire verdedigingen ontwijken, waardoor hun gerichte transport naar specifieke fysiologische actieve locaties mogelijk is.”

“In this work we have shown that 5 days of administration of gold nanoparticles functionalized with glutathione and coated with lithium (called LiG-AuNPs) can significantly inhibit the activity of GSK-3β kinase in the hippocampus of mice, and that the same treatment repeated for two months leads to a significant regression of the memory deficit exhibited by a mouse model of Alzheimer’s disease, analyzed at the behavioral and Moleculaire niveaus, “legt de eerste auteur Dr. Giulia Pulutti uit.

Naar nieuwe behandelingsmogelijkheden

Professor Claudio Grassi benadrukt: “Tot op heden worden op lithium gebaseerde medicijnen veel gebruikt voor de behandeling van neuropsychiatrische ziekten, maar helaas zijn ze niet zonder significante bijwerkingen. Oraal genomen in tabletvorm, lithium bereikt de hersenen door de bloedbaan en eindigt daarom toxische effecten op andere organen zoals de nieren en thyroid.

“Het bereiken van effectieve concentraties van lithium in zenuwcellen door ‘hersengerichte’ toediening van lage doses van het ion met behulp van gouden nanodeeltjes is daarom een ​​belangrijke innovatie voor de ontwikkeling van nieuwe en veiliger manieren om patiënten te behandelen.

“Wij geloven dat ons nanotechnologisch hulpmiddel de ontwikkeling van nieuwe therapeutische benaderingen mogelijk kan maken, niet alleen voor psychiatrische aandoeningen, maar ook voor neurodegeneratieve en virale ziekten waarin veranderde GSK-3β-activiteit in de hersenen een sleutelrol speelt.”

Professor Alfonso Grassi concludeert: “Ten slotte kunnen onze nanodeeltjes heel gemakkelijk worden gesynthetiseerd en dat vereenvoudigt het productieproces, waardoor de productiekosten een product worden gelegd dat in de nabije toekomst op de farmaceutische markt kan worden gelanceerd.”