Aplicaciones de aptámeros en neurociencia, parte 3

3.2.2. Terapéutica de la EP

Para aliviar los síntomas de la enfermedad de Parkinson (EP), se seleccionaron dos 58-ADNaptámeros de ADN de longitud de nucleótidos específicos para -syn humano con valores de Kd en el rango nanomolar (2,4 nM y 3,1 nM).

La enfermedad de Parkinson es una enfermedad neurológica crónica y progresiva que se manifiesta principalmente como rigidez de las extremidades, temblores y trastornos del movimiento, pero también puede afectar la memoria del paciente. Sin embargo, no debemos dejarnos atrapar por la negatividad, ya que existen varias formas de ayudar a mejorar la memoria en personas con enfermedad de Parkinson.

En primer lugar, el ejercicio físico es una forma eficaz de mejorar las capacidades cognitivas y de pensamiento en personas con enfermedad de Parkinson. Los estudios han demostrado que el ejercicio moderado puede ayudar a mejorar las capacidades cognitivas y la memoria de trabajo en pacientes con enfermedad de Parkinson. Esto se debe a que el ejercicio puede promover la circulación sanguínea y el suministro de oxígeno, aumentando así la cantidad y las conexiones de las neuronas en el cerebro y fortaleciendo la "plasticidad" de las neuronas, mejorando así la memoria.

En segundo lugar, mejorar la calidad del sueño también puede mejorar la memoria en pacientes con enfermedad de Parkinson. El sueño es un período crítico para que el cerebro consolide y ajuste los recuerdos, y las personas con enfermedad de Parkinson a menudo experimentan insomnio. Por lo tanto, crear un ambiente tranquilo y cómodo antes de acostarse y mantener un horario de sueño regular puede promover un mejor descanso y un mejor rendimiento de la memoria.

Además, las personas con enfermedad de Parkinson pueden considerar técnicas para mejorar la memoria, como hacer listas y tomar notas. Estas técnicas pueden ayudar a las personas con enfermedad de Parkinson a gestionar mejor la información y las tareas de la memoria, lo que conduce a un mejor rendimiento de la memoria.

Por último, también se debe alentar a las personas con enfermedad de Parkinson a participar en eventos sociales y actividades grupales. Estas experiencias pueden ayudar a los pacientes a mantener la mente activa y estimulada, mejorar su confianza en sí mismos y su autoestima y, así, afrontar mejor los problemas de memoria de la enfermedad de Parkinson.

En general, aunque la enfermedad de Parkinson puede afectar la capacidad de la memoria, adoptar el enfoque correcto para promover el ejercicio físico, mejorar el sueño, aplicar las habilidades de la memoria y tener una vida social activa puede ayudar a los pacientes a mejorar su memoria y función cognitiva. Y mantener una actitud positiva ante la vida. Se puede ver que necesitamos mejorar la memoria, y Cistanche deserticola puede mejorar significativamente la memoria, porque Cistanche deserticola también puede regular el equilibrio de los neurotransmisores, como aumentar los niveles de acetilcolina y factores de crecimiento. Estas sustancias son muy importantes para la memoria y el aprendizaje. Además, Cistanche deserticola también puede mejorar el flujo sanguíneo y promover el suministro de oxígeno, lo que puede garantizar que el cerebro reciba suficientes nutrientes y energía, mejorando así la vitalidad y la resistencia del cerebro.

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Estos aptámeros redujeron eficazmente la agregación in vitro y ambos aptámeros mejoraron la degradación intracelular del -syn. En consecuencia, se rescataron la disfunción mitocondrial y los defectos celulares debidos a la sobreexpresión de esta proteína [107].

El mismo grupo investigó el efecto in vivo de estos aptámeros. Para mover los aptámeros a través de la BHE, empaquetaron los aptámeros en exosomas con péptidos de glicoproteína viral de la rabia (RVG) específicos de neuronas expresadas en la superficie.

Observaron que la acumulación de -syn y los déficits neuropatológicos y de comportamiento se redujeron, y las deficiencias motoras mejoraron en un modelo de ratón [108]. Aunque este estudio destaca el potencial terapéutico de los aptámeros, se requieren más estudios para abordar otras proteínas relacionadas con la EP, como DJ-1, LRRK2, DRP-1 y Rab GTPasas, así como -syn.

3.3. Esclerosis múltiple

La esclerosis múltiple (EM) es una enfermedad autoinmune en la que se destruyen las vainas de mielina que rodean los axones neuronales en el cerebro y la médula espinal. La progresión de la enfermedad es muy impredecible y refractaria al tratamiento en etapas posteriores.

Las patologías características de la enfermedad son la activación anormal de la microglia y los astrocitos, lo que resulta en oligodendrocitos y degeneración de las células neuronales.

Si bien no existe una cura o un diagnóstico efectivo de la enfermedad, el número de pacientes con EM en el mundo supera los 2,5 millones [109]. No se dispone de biomarcadores específicos que puedan identificar la EM en una fase temprana de su progresión, las terapias antiinflamatorias han fracasado y sólo previenen las recaídas.

3.3.1. Diagnóstico de EM

Una posible solución al problema del diagnóstico provino de un estudio de pacientes con EM y voluntarios sanos como controles utilizando aptámeros de ADN modificados (SOMAscan®) para medir más de 1000 proteínas en el LCR.

Aproximadamente la mitad de los 431 sujetos se utilizaron como conjunto de entrenamiento y la otra mitad como conjunto de validación para probar la capacidad predictiva de los grupos de biomarcadores identificados. Esta prueba ciega identificó el grupo de astrocitos 8 (SERPINA3, MMP7, CLIC1 y GZMA) y el grupo microglial 2 (TNFRSF25 y DSG2) elevados en la EM y correlacionados significativamente con la gravedad de la EM [110].

Las proteínas del grupo de astrocitos 8 se superponían con las que se informó que estaban asociadas con astrocitos neurotóxicos (A1) y se demostró que eran secretadas in vitro por células mononucleares primarias de sangre periférica en respuesta al lipopolisacárido, un estímulo inflamatorio. Al ser un trastorno autoinmune, la presencia de autoanticuerpos responsables La desmielinización también puede ser una base para el diagnóstico de EM.

Se describió un microensayo bioluminiscente de fases sólidas tipo sándwich para detectar autoanticuerpos relacionados con suero inhumano de EM. Este ensayo se basa en un sándwich entre dos aptámeros de ARN específicos de autoanticuerpos de la proteína básica de mielina, un aptámero unido a una superficie y el otro unido a la fotoproteína, obelina, a modo de reportero.

La aplicación del ensayo incluyó 91 muestras de suero de pacientes con EM y se comparó con 86 muestras de suero de individuos sanos. Con base en la curva receptor-operador, con un área bajo la curva de 0.87, se definió un valor umbral clínico como 64% de sensibilidad y 94% de especificidad.

El valor predictivo negativo (VPN) del 96 % y el índice de probabilidad de 10,96 respaldan el valor diagnóstico de este ensayo para pruebas de EM [111].

3.3.2. Terapéutica de la EM

Se demostró que la unión de anticuerpos IgM naturales a oligodendrocitos promueve la remielinización de lesiones del SNC en el ratón [112]. Sin embargo, el uso de anticuerpos IgM in vivo para el tratamiento de la EM está limitado debido a su tamaño, complejidad e inmunogenicidad.

Por lo tanto, es de gran interés descubrir moléculas pequeñas que sean específicas de la mielina y que tengan potencial para usarse para la remielinización terapéutica. Para ello, se identificó un40-aptámero de ADN de nucleótido, LJM-3064.

Su inyección peritoneal resultó en la promoción de la remielinización en lesiones del SNC en ratones. Es importante señalar que LJM3064 tiene un cuádruplex G que forma una secuencia rica en guanosina. En otro estudio, el mismo aptámero LJM-3064 se funcionalizó con ácido carboxílico y se conjugó con los grupos amino de la superficie del exosoma.

Se demostró que esta conjugación promueve la proliferación de un tipo de células gliales, los oligodendrocitos, que desempeñan un papel importante en la formación de la vaina de mielina. Cuando las células se administraron a ratones hembra, se suprimió la respuesta inflamatoria y se redujeron las lesiones en el SNC.

El sistema proporciona un nuevo enfoque con una realidad clínica eficaz para controlar la gravedad de la EM con la ayuda de aptámeros LJM-3064[113]. Por tanto, LJM-3604 puede ser una alternativa a los anticuerpos monoclonales para el tratamiento de la EM [114,115].

3.4. Esclerosis lateral amiotrófica

Se ha demostrado una desregulación o alteración de los niveles de expresión del receptor en diversas enfermedades. Los receptores AMPA anormalmente activados, que están asociados con la esclerosis lateral amiotrófica (ELA), son posibles fármacos candidatos para el tratamiento de la ELA.

El ARNaptámero AN58, generado contra el receptor AMPA invertido GluR2Q, inhibió competitivamente el receptor. Su afinidad nanomolar es mejor que la del NBQX, uno de los mejores inhibidores competitivos actuales. AN58 demostró la mayor afinidad hacia GluR2 y una mayor selectividad por GluR4 entre todas las subunidades del receptor AMPA. En resumen, AN58 es un inhibidor potencial con afinidad nM de los receptores AMPA GluR2 [116].

Otra característica de la patología de la ELA es la acumulación tóxica de la proteína 43 de unión al ADN TAR (TDP-43). La interacción de TDP-43 con el ARN da como resultado la regulación de la transcripción, el empalme, el transporte y la traducción del ARN. Zacco et al. demostró que los socios nativos de TDP-43 se pueden utilizar para inhibir su agregación.

Esta inhibición se produce de una manera dependiente de la longitud, de modo que los oligos más cortos interfieren con la agregación mejor que los largos. Su estudio indica la posibilidad de aumentar la solubilidad de las proteínas mediante una interacción natural que puede adaptarse como un nuevo enfoque terapéutico [117].

3.5. Enfermedad de Huntington

La enfermedad de Huntington (EH) es una enfermedad de Newcastle hereditaria incurable que afecta las funciones motoras y cognitivas. La proteína Huntingtina (HTT) es esencial para el desarrollo neuronal; sin embargo, algunas mutaciones conducen al desarrollo de patología de la EH. Los aumentos en el número de repeticiones CAG dan como resultado el alargamiento de un tramo de poliglutamina de HTT y lo convierten en proteína atóxica, lo que causa la EH.

Al igual que en la EA y la EP, la inhibición de la agregación de proteínas es una estrategia prometedora para ralentizar o detener la progresión de la EH [118]. Como se mencionó anteriormente, los aptámeros, al ser poco inmunogénicos y no tóxicos, emergen como candidatos sólidos para interferir con la interacción proteína-proteína e inhibir la agregación de proteínas tóxicas en tales enfermedades. Se seleccionaron aptámeros de ARN de alta afinidad contra mHTT monomérico (51Q-HTT) y se demostró que inhibe eficazmente su agregación in vitro.

Dicha inhibición disminuyó el estrés oxidativo en los glóbulos rojos (RBC) y se asocia con una reducción de la fuga de fluorescencia inducida por tioflavina desde los liposomas.

La presencia de aptámeros rescató un defecto endocítico y bloqueó el secuestro de gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa por mHTT agregado en un modelo de levadura de Huntington. Algunos de estos aptámeros no reconocieron el 20Q-HTT no patógeno, y algunos aumentaron el número de mHTT en la fracción soluble de la levadura.

Cuando se coexpresaron, dos aptámeros exitosos aumentaron la eficiencia de inhibir la agregación y mejoraron la supervivencia celular. Este estudio implica que el uso de aptámeros podría ser una estrategia viable para retardar el curso de la EH [119].

Los estiramientos de lpolygamyamyl provocan ligeros cambios en la estructura HTT 3D que cambia su actividad. La modulación indirecta de la estructura afectada utilizando esta región alargada de la proteína podría proporcionar un enfoque alternativo al tratamiento.

Los aptámeros de ADN que forman el cuádruplex G (MS1 a MS4) que se unen a mHTT disminuyeron significativamente la activación por mHTT de la actividad de trimetilación de la histona basal H3 lisina 27 (H3K27me3) del complejo policombrepresivo 2 (PRC2) en células progenitoras neuronales (NPC) de un individuo con EH. pero no en NPC de un individuo sano [120].

En este estudio, se aplicaron con éxito aptámeros de ADN para apuntar preferentemente a mHTT y modular su actividad. Estos dos ejemplos proporcionan enfoques novedosos basados ​​en estructuras para tratamientos eficaces de la toxicidad de mHTT.

3.6. Enfermedad priónica

Las encefalopatías espongiformes transmisibles (EET) son un tipo de trastorno neurodegenerativo que afecta a los mamíferos con TEC. El agente patológico asociado con estas enfermedades es una proteína priónica mal plegada (PrP).

Los mecanismos moleculares que dan lugar a los cambios estructurales que convierten la PrP celular (PrPC) en un confórmero patógeno (PrPSc) sólo se comprenden parcialmente, siendo la hipótesis más común que un cofactor molecular, que actúa como catalizador, favorece la transición de la PrPC. a PrPSc [121]. Se identificaron tres secuencias de aptámeros formadores de cuádruplex G para diferentes formas de PrP [122].

Se informó que estos cuádruplex tienen alta afinidad y especificidad hacia PrP (Kd: 62 nM – 630 nM) y una afinidad débil por el oligómero PrP que imita la etapa inicial de formación de PrPSc. Mediante varios análisis, incluida la espectroscopia ITC, SPR y CD, una unión de alta afinidad para PrP se asoció con una estructura cuádruple, y se requirieron dominios terminales de PrP para la unión de aptámero.

Este estudio también proporcionó evidencia de un desenvolvimiento mutuo del ácido nucleico y la proteína tras su interacción. La actividad de enrollamiento cuádruple de PrP fue llevada a cabo por el dominio N-terminal intrínsecamente no estructurado y los ADN promovieron el despliegue del dominio C-terminal estructurado de PrP.

3.7. Tumores cerebrales

Los tumores cerebrales se encuentran entre las formas de cáncer más mortales. Por ejemplo, alrededor de dos tercios de los adultos diagnosticados con glioblastoma (un tipo de cáncer cerebral) pierden la vida en dos años. Los tumores cerebrales también son los más comunes y letales de todos los tumores sólidos pediátricos.

Los niños que sobreviven a estos tumores también suelen sufrir las consecuencias a largo plazo de las intervenciones médicas necesarias, como cirugías y quimioterapias. Los gliomas (glioblastoma, ependimomas, astrocitomas y oligodendrogliomas) representan casi el 80% de todos los tumores primarios malignos del cerebro.

El glioblastoma multiforme (GBM) es el tipo de astrocitoma primario observado con más frecuencia y constituye casi el 60% de todos los tumores cerebrales en adultos [123]. El gliosarcoma, una variante del GBM, es una forma maligna muy agresiva de tumor cerebral metastásico.

Aunque se utilizan técnicas basadas en la morfología del tumor (p. ej., resonancia magnética, biopsia histopatológica) para distinguir el gliosarcoma de otros GBM, el diagnóstico precoz de esta agresiva enfermedad sigue siendo deficiente y la supervivencia de los pacientes después del diagnóstico es generalmente inferior a un año.

Además, los métodos de tratamiento convencionales para el GBM, como la radioterapia, la quimioterapia y sus combinaciones, no son eficaces. La actividad anormal de las células tumorales y su resistencia a la quimioterapia y la radioterapia son las principales razones de la mayor tasa de mortalidad del GBM [124].

Por lo tanto, sería un avance significativo descubrir moléculas específicas dirigidas al gliosarcoma para el diagnóstico temprano y para tratamientos como la inhibición de la actividad de las células GBM y el aumento de la radiosensibilidad [125].

3.7.1. Imágenes cerebrales

El tratamiento de los tumores cerebrales supone un desafío para los médicos debido a la permeabilidad selectiva de la BHE [126]. La BHE consiste en una capa de células endoteliales especializadas que controla el paso molecular al tejido cerebral e impide la entrada de muchas moléculas para mantener el sistema nervioso central (SNC) en un estado estable.

Se han desarrollado una variedad de técnicas para penetrar la BBB. Las técnicas invasivas se basan en la ruptura física de la BHE mediante técnicas como ultrasonido, tratamientos osmóticos o químicos. Las técnicas no invasivas, por otro lado, no alteran la integridad de la BHE, sino que utilizan sustancias químicas que son capaces de cruzar la BHE [127]. Las imágenes permiten la observación de características del cerebro sin procedimientos invasivos.

Los nuevos avances en imágenes cerebrales están permitiendo investigaciones de los patrones dinámicos de conectividad entre diferentes regiones, que son importantes para el aprendizaje y la memoria. Las imágenes cerebrales proporcionan información sobre enfermedades relacionadas con el cerebro y pueden crearse mediante diversas técnicas, incluidas la resonancia magnética (MRI), la resonancia magnética funcional (fMRI) y la tomografía por emisión de positrones (PET) [128].

La resonancia magnética es una técnica eficaz que proporciona imágenes tridimensionales no invasivas de organismos vivos. Para proporcionar contraste a la imagen se utilizan agentes de contraste, que generalmente se basan en complejos de gadolinio (Gd3+). DOPTA-Gd, quizás el primer agente de contraste específico para resonancia magnética, responde al Ca2+ con un cambio en la señal T1 (una señal de resonancia magnética de Gdrelaxividad). Aunque desde entonces se han desarrollado otros agentes de contraste de iones específicos [129], todavía son mejores y se necesitan más agentes de contraste que permitan la obtención de imágenes de moléculas pequeñas.

La relaxividad T1 del Gd cambia con su tiempo de correlación rotacional, que es función de la masa molecular de la molécula unida al Gd. Los aptámeros de ácidos nucleicos tienen potencial para usarse con este propósito porque la hibridación con un complemento puede verse alterada por la unión de la diana del aptámero.

Como ejemplo, el aptámero de adenosina se unió a estreptavidina y se hibridó con un oligonucleótido complementario más corto que estaba unido a Gd. En presencia de adenosina, el aptámero se replegó alrededor de su objetivo y se disoció del oligonucleótido de Gd complementario.

Por lo tanto, el Gd pasó de estar asociado con una molécula grande (~70 kDa) a una molécula pequeña (~4 kDa), con la consiguiente disminución de la relaxividad y el consiguiente aumento de T1 [130].

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