Aplicaciones de aptámeros en neurociencia, parte 4

La PET es otro método de obtención de imágenes muy eficaz utilizado en el diagnóstico clínico, ya que puede proporcionar resolución tomográfica en cualquier profundidad del tejido.

La exploración PET, tomografía por emisión de positrones, es una tecnología de imágenes médicas que se puede utilizar para detectar el estado funcional y metabólico de diversos órganos y tejidos. En los últimos años, las exploraciones PET también se han utilizado ampliamente para estudiar la memoria.

Los estudios han encontrado que las exploraciones PET pueden detectar la actividad metabólica y el flujo sanguíneo en el cerebro, que están estrechamente relacionados con las capacidades cognitivas y de memoria humanas. Las exploraciones PET se pueden utilizar para observar si existen anomalías en áreas relacionadas con la cognición y la memoria, y cómo transmiten y procesan la información.

La aplicación de la exploración PET ha permitido a los científicos lograr enormes avances en el estudio del sistema nervioso. Por ejemplo, un estudio encontró que el metabolismo cerebral de los adultos mayores es más lento que el de los adultos más jóvenes, lo cual es una de las principales razones por las que los adultos mayores experimentan pérdida de memoria y deterioro cognitivo. Además, las exploraciones PET pueden detectar signos de enfermedades neurológicas, como enfermedades neurodegenerativas y la enfermedad de Alzheimer. Esto puede ayudar a los médicos a diagnosticar y tratar estas enfermedades tempranamente para aliviar el sufrimiento de los pacientes tanto como sea posible.

Además, como entendemos, la memoria es un proceso neuronal complejo. La tecnología de escaneo PET nos permite comprender mejor el proceso de formación y preservación de la memoria. Esto nos ayuda a desarrollar mejores métodos de entrenamiento de la memoria para que las personas puedan dominar mejor los conocimientos y habilidades.

En resumen, el uso de la tomografía por emisión de positrones en el estudio de la memoria nos proporciona datos más completos y una comprensión más profunda. A través de esta tecnología, podemos comprender, evaluar y mejorar nuestra memoria y capacidades cognitivas para adaptarnos mejor al desarrollo social y la vida diaria. Se puede ver que necesitamos mejorar la memoria, y Cistanche deserticola puede mejorar significativamente la memoria porque Cistanche deserticola es un material medicinal tradicional chino que tiene muchos efectos únicos, uno de los cuales es mejorar la memoria. La eficacia de Cistanche deserticola proviene de los numerosos ingredientes activos que contiene, incluidos ácido tánico, polisacáridos, glucósidos flavonoides, etc. Estos ingredientes pueden promover la salud del cerebro de diversas formas.

Haga clic en Saber para mejorar la memoria a corto plazo

Las imágenes PET se basan en radioisótopos emisores de positrones, como 13N, 18F, 11C, 64Cu, 124I y 68Ga. El isótopo de flúor (18F) se utiliza a menudo debido a su ventajosa vida media de aproximadamente 110 minutos, su producción sin esfuerzo, su descomposición limpia y su energía de baja emisión.

En cuanto a la resonancia magnética, el desafío más importante para la PET es diseñar agentes de imagen específicos para el objetivo [128]. Para ello, se demostró que el aptámero de trombina podía conjugarse fotoquímicamente con fluoruro de 3-azido-5-nitrobencilo ([18F]ANBF) [70].

Además, se han informado imágenes PET basadas en aptámeros marcados con 18F para proteínas como la tenascina C [131], la proteína tirosina quinasa 7 [132] y el receptor de EGF [133].

3.7.2. Diagnóstico

La variante III del receptor del factor de crecimiento epidérmico (EGFRvIII), que es oncogénica debido a su activación constitutiva en lugar de estar regulada por los ligandos de EGFR, aumenta la gliomatumorigenicidad y la resistencia al tratamiento [134]. Las células U87-EGFRvIII que sobreexpresan EGFRvIII se utilizaron para obtener aptámeros de ADN que cambiaron la tasa de crecimiento celular y aumentaron la radiosensibilidad [135].

La capacidad de unión de los aptámeros (U2, U8, U19 y U31) a U87-EGFRvIII se confirmó mediante citometría de flujo y análisis de microscopía confocal. El aptámero inhibió la proliferación y metástasis de las células tumorales (U87) y afectó los eventos de señalización aguas abajo del EGFR.

Además, se desarrollaron varias variantes de este aptámero mediante una serie de modificaciones. Si bien el truncamiento aumentó su especificidad, la inserción de GCpairs en su vástago en forma de horquilla proporcionó una mayor estabilidad térmica. Los aptámeros con modificaciones de pireno identificadas con la ayuda del acoplamiento molecular aumentaron la afinidad del aptámero hacia las moléculas objetivo [136]. Además, el U2 marcado con 118Re demostró un efecto antitumoral in vivo.

Estos prometedores resultados alientan la aplicación del aptámero U2 como un nuevo agente terapéutico en sistemas de administración de fármacos dirigidos [125]. La mayoría de las terapias actuales han fracasado debido a la baja especificidad del agente terapéutico que presenta efectos adversos.

El objetivo principal de la terapia dirigida es mejorar la selectividad de los fármacos y reducir los efectos secundarios "fuera del objetivo". Un enfoque para lograr este objetivo es a través de sistemas de administración de fármacos que utilizan ligandos específicos de la enfermedad, como los conjugados aptámero-fármaco (ApDC) [137].

La prodigiosina producida por la bacteria Serratia marcescens es citotóxica con características anticancerígenas y antipalúdicas. Uno de sus derivados, la prodigiosina 25-C, tiene actividad inmunosupresora. Un aptámero conjugado con prodigiosina se dirige específicamente a las superficies de las células cancerosas del cerebro.

Utilizando una herramienta de modelado molecular, el software de diseño Ascalaph, se permitió que el receptor de glutamato y varios aptámeros interactuaran en el conjunto NVT durante 50 ns y a 310 K. A partir de este estudio de simulación, se identificaron cinco aptámeros candidatos en función de su energía intermolecular delta. (∆INME). Para confirmar los datos de la simulación, estos aptámeros seleccionados se incubaron individualmente con células cancerosas de cerebro y células cerebrales normales.

Finalmente, se calculó el porcentaje de unión específica de cada aptámero para ambos tipos de células. Se observó que los aptámeros 8, 10, 11, 23 y 69 tienen la capacidad de apuntar a epítopos en todas las células cancerosas del cerebro con alta afinidad y bajo ∆ INME. Además, entre estos, el aptámero 10 fue absorbido por las células cancerosas del cerebro en niveles altos y su adsorción por las células normales fue dramáticamente baja [138].

Como se mencionó anteriormente, una limitación importante del tratamiento de los trastornos cerebrales es la BHE, que restringe la entrada de la mayoría de las moléculas pequeñas al cerebro. La necesidad de apuntar a tejidos específicos es otro factor limitante. La administración de medicamentos a áreas enfermas clave del cerebro es un enfoque esencial para una terapia eficaz.

La transferrina (Tf), presente en las membranas de las células endoteliales de la BHE, permite que las moléculas crucen la BBB [139-141]. En un estudio reciente, se fusionó un aptámero dirigido al receptor Tf (TfR) con un aptámero que se une a células cancerosas que expresan EpCAM (molécula de adhesión de células epiteliales) [142]. El conjugado de aptámero mantuvo la especificidad y demostró una afinidad de unión mejorada por EpCAM y TfR.

La transcitosis de estos aptámeros a través de la BBB se confirmó in vivo después de una 1-nmolinyección. Este estudio demostró que las quimeras de aptámeros bifuncionales pueden superar la BHE y tienen el potencial de tratar específicamente trastornos cerebrales.

Utilizando una estrategia similar con partículas, a las nanopartículas (MRN) de rutenio mesoporoso [Ru (bpy) 2 (punta)]2+ (RBT) se les proporcionó una función de doble objetivo, que se logró mediante el aptámero AS1411 (Apt) y Tf injertado en las superficies de MRN que resultó en una alta capacidad de carga de fármacos anticancerígenos [143]. Este nanosistema RBT@MRN-SS-Tf/Apt permitió una penetración efectiva de la BBB por parte de Tf y un objetivo específico para matar las células de glioma in vitro e in vivo.

Además, la producción de especies reactivas de oxígeno (ROS) por [Ru (bpy) 2 (tip)]2+ indujo la apoptosis de las células de glioma bajo irradiación láser, lo que permitió la terapia fotodinámica (PDT), que se ha demostrado que aumenta el período de supervivencia.

Estos enfoques de administración de fármacos demuestran que apuntar al TfR puede ser un medio exitoso para mover carga a través de la BHE y que las quimeras de aptámeros pueden usarse de manera eficiente con este propósito para tratar tumores cerebrales y otras enfermedades cerebrales del SNC. Los pequeños ARN de interferencia (ARNip) tienen la capacidad de silenciamiento de genes de secuencia específica, lo que los convierte en herramientas terapéuticas alternativas.

Sin embargo, la administración de ARNip a las células diana ha sido un desafío, y se han desarrollado numerosos sistemas de administración de ARNip basados ​​en aptámeros para mejorar la eficacia de los ARNip [66]. La entrega específica de ARNip de STAT3 a células GBM se logró utilizando un aptámero quimérico que consiste en un ARNip dirigido a STAT3 (transductor de señal y activador de la transcripción 3) conjugado con un Gint4.

T aptamer dirigido al PDGFR (receptor del factor de crecimiento derivado de plaquetas). STAT3 es un regulador clave del subtipo de glioblastoma mesenquimatoso agresivo. La entrega del sistema y el silenciamiento de STAT3 se determinaron en células GBM positivas para PDGFR. También se demostró que el sistema quimera reduce la viabilidad y la migración celular in vitro e inhibe el crecimiento tumoral y la angiogénesis in vivo [144].

Los aptámeros se pueden aplicar para el diagnóstico, ya que se unen específicamente a una variedad de líneas celulares de glioblastoma sobre otras líneas celulares cancerosas con Kds en el rango de 78 a 168 nM [63]. Se seleccionó y optimizó una familia de aptámeros de ADN para unir una línea celular de gliosarcoma (K308) utilizando cell-SELEX [145].

Tienen valores de Kd en el rango nanomolar y el aptámero de mayor afinidad (WQY-9) tiene una Kd de 21 nM. WQY-9 fue altamente selectivo para las células K308 y fue internalizado por K308 a 37 ◦C. Cuando se analizó con muestras de tejido incluidas en parafina, la versión truncada de WQY-9 (WQY-9-B) tiñó el 73 % (11 de 15) de las muestras de gliosarcoma en comparación con el 17 % de 12 muestras normales.

Una secuencia aleatoria de ADN tiñó el 13 y el 20% de las muestras de gliosarcoma y normales, respectivamente. Cell-SELEX también seleccionó un aptámero de ARN (H02) que se une a la integrina alfa-5-beta-1 y puede distinguir entre líneas celulares de glioblastoma y tejidos de xenoinjertos tumorales derivados de pacientes en ensayos de citofluorescencia e histofluorescencia. [146].

Por lo tanto, existen varios aptámeros con aplicaciones prometedoras para producir herramientas de diagnóstico de gliosarcoma más efectivas. Algunos de los aptámeros se enumeran en la Tabla 3.

4. Conclusiones y perspectivas de futuro

Los países con poblaciones que envejecen rápidamente se enfrentarán en el futuro al desafío de un número cada vez mayor de personas afectadas por varias enfermedades neurodegenerativas. En 2050, más de dos mil millones de personas tendrán más de 60 años y el número de personas mayores de 80 años se habrá triplicado, pasando de los 137 millones actuales a 425 millones.

Se espera que este aumento del número de personas mayores vaya acompañado de un aumento proporcional del número de pacientes afectados por enfermedades neurológicas.

También se espera una mayor incidencia de tumores cerebrales, porque la incidencia del cáncer aumenta con la edad y posiblemente se ve exacerbada por la menor eficiencia de los mecanismos de reparación en el cerebro de personas mayores.

Este aumento de pacientes con enfermedades neurológicas y tumores cerebrales podría reducirse si se comprendieran los factores que hacen que los ancianos sean susceptibles a los trastornos neurológicos y los mecanismos de acumulación de proteínas, el deterioro de la degradación de agregados y la muerte de las células neuronales, y se desarrollaran diagnósticos y tratamientos apropiados.

Por lo tanto, comprender las bases fundamentales de las enfermedades neurológicas y los tumores cerebrales y su impacto en el envejecimiento permitirá identificar medios para prevenirlos o curarlos y mejorar la calidad de vida de muchas personas en la vejez.

Los anticuerpos son actualmente un medio principal de diagnóstico de biomarcadores moleculares de enfermedades neurológicas, particularmente para biomarcadores de proteínas. Sin embargo, los anticuerpos son costosos de producir, tienen variaciones de un lote a otro que requieren un control de calidad exhaustivo y requieren almacenamiento refrigerado. Cuando se utilizan terapéuticamente, los anticuerpos también deben "humanizarse" primero para evitar el rechazo inmunológico.

Las oportunidades de diagnóstico y terapias se pueden ampliar con la inclusión de aptámeros que son específicos para biomarcadores de enfermedades y construcciones de aptámeros que pueden usarse para abordar desafíos terapéuticos.

Aunque los aptámeros ofrecen ventajas y muchas oportunidades nuevas para aplicaciones diagnósticas y terapéuticas, su representación en el diagnóstico y la terapéutica modernos es baja.

En comparación con los anticuerpos, los aptámeros son moléculas descubiertas relativamente recientemente y su desarrollo hasta convertirlos en agentes diagnósticos y terapéuticos aprobados llevará tiempo. En esta revisión, resumimos los aptámeros disponibles utilizados para el diagnóstico y la terapia y los enumeramos con secuencias y propiedades en la Tabla 3.

Sin embargo, existen muchos más objetivos potenciales de aptámeros relacionados con enfermedades neurológicas, incluidas LRRK2, Parkin,PINK1, DRP-1, DJ-1, UBQLN2, C9orf72, NEK-1 y FAS.

Con una mayor optimización de su función y estandarización de su caracterización, se espera que la aplicación de aptámeros gane impulso y brinde muchas oportunidades nuevas en diagnóstico y terapéutica en el campo de la neurociencia.

Contribuciones de los autores: Todos los autores han leído y aceptado la versión publicada del manuscrito.

Financiamiento: este artículo cuenta con el apoyo del Consejo de Investigación Científica y Tecnológica de Turquía (TÜB˙ITAK) 3501 (Programa de desarrollo profesional), número de proyecto 119S845.

Declaración de la Junta de Revisión Institucional: No aplicable.

Declaración de Consentimiento Informado: No aplicable.

Declaración de disponibilidad de datos: No se crearon ni analizaron nuevos datos en este estudio. El intercambio de datos no se aplica a este artículo.

Conflictos de intereses: Los autores declaran no tener ningún conflicto de intereses.

Referencias

1. Rangel, AE; Chen, Z.; Ayele, TM; Heemstra, JM Selección in vitro de un aptámero XNA capaz de reconocer moléculas pequeñas. Nucleic Acids Res. 2018, 46, 8057–8068. [Referencia cruzada] [PubMed]

2. Ilgu, M.; Nilsen-hamilton, M. Aptámeros en análisis. Analista 2016, 141, 1551-1558. [Referencia cruzada] [PubMed]

3. Ellington, AD; Szostak, JW Selección in vitro de moléculas de ARN que se unen a ligandos específicos. Naturaleza 1990, 346, 818–822. [Referencia cruzada][PubMed]

4. Robertson, DL; Joyce, GF Selección in vitro de una enzima de ARN que escinde específicamente ADN monocatenario. Naturaleza 1990, 344,467–468. [Referencia cruzada] [PubMed]

5. Tuerk, C.; Gold, L. Evolución sistemática de ligandos por enriquecimiento exponencial: ligandos de ARN para la ADN polimerasa del bacteriófago T4. Science 1990, 249, 505–510. [Referencia cruzada] [PubMed]

6. Ciego, M.; Blank, M. Tecnología de selección de aptámeros y avances recientes. Mol. Ahí. Ácidos nucleicos 2015, 4, e223. [Referencia cruzada]

7. Kang, K.-NN; Lee, aptámeros de ARN Y.-SS: una revisión de tendencias y aplicaciones recientes. Biotecnología de tendencias futuras. 2013, 131, 153–169.[CrossRef]

8. Munzar, JD; Ng, A.; Juncker, D. Aptámeros dúplex: historia, diseño, teoría y aplicación a la biodetección. Química. Soc. Rev. 2019, 48, 1390–1419. [Referencia cruzada]9. Zhang, Y.; Lai, BS; Juhas, M. Avances recientes en el descubrimiento y las aplicaciones de aptámeros. Moléculas 2019, 24, 941. [CrossRef]

10. Zhou, J.; Rossi, J. Aptámeros como terapias dirigidas: potencial y desafíos actuales. Nat. Rev. Descubrimiento de Drogas. 2017, 16, 181–202.[CrossRef]

For more information:1950477648nn@gmail.com