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Un nanomatériau imitant les protéines pourrait traiter les maladies neurodégénératives
Dernière revue: 14.06.2024
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Un nouveau nanomatériau qui imite le comportement des protéines pourrait devenir un traitement efficace contre la maladie d'Alzheimer et d'autres maladies neurodégénératives. Ce nanomatériau modifie l'interaction entre deux protéines clés des cellules cérébrales, ce qui peut avoir un puissant effet thérapeutique.
Les résultats innovants, récemment publiés dans la journal Advanced Materials, ont été rendus possibles grâce à une collaboration entre des scientifiques de l'Université du Wisconsin-Madison et des ingénieurs en nanomatériaux de l'Université Northwestern..
Les travaux visent à modifier l'interaction entre deux protéines soupçonnées d'être impliquées dans des maladies telles que la maladie d'Alzheimer, la maladie de Parkinson et la sclérose latérale amyotrophique (SLA).
La première protéine s'appelle Nrf2, qui est un type spécifique de protéine appelé facteur de transcription qui active et désactive les gènes à l'intérieur des cellules.
L'une des fonctions importantes de Nrf2 est son effet antioxydant. Bien que différentes maladies neurodégénératives résultent de différents processus pathologiques, elles sont unies par les effets toxiques du stress oxydatif sur les neurones et autres cellules nerveuses. Nrf2 combat ce stress toxique dans les cellules cérébrales, aidant ainsi à prévenir le développement de maladies.
Le professeur Jeffrey Johnson de l'école de pharmacie de l'université du Wisconsin-Madison, ainsi que son épouse Delinda Johnson, scientifique principale à l'école, étudient depuis des décennies le Nrf2 en tant que cible prometteuse pour le traitement des maladies neurodégénératives. En 2022, les Johnson et leurs collègues ont découvert que l'augmentation de l'activité de Nrf2 dans un certain type de cellules cérébrales, les astrocytes, aide à protéger les neurones dans des modèles murins de Alzheimer, ce qui entraîne une réduction significative perte de mémoire.
Bien que des recherches antérieures suggèrent que l'augmentation de l'activité de Nrf2 pourrait constituer la base du traitement de la maladie d'Alzheimer, les scientifiques ont eu des difficultés à cibler efficacement cette protéine dans le cerveau.
"Il est difficile d'introduire des médicaments dans le cerveau, mais il a également été très difficile de trouver des médicaments qui activent Nrf2 sans beaucoup d'effets secondaires", explique Jeffrey Johnson.
Et maintenant, un nouveau nanomatériau est apparu. Connu sous le nom de polymère de type protéine (PLP), ce matériau synthétique est conçu pour se lier aux protéines comme s'il s'agissait d'une protéine elle-même. Ce simulateur à l'échelle nanométrique a été créé par une équipe dirigée par le professeur de chimie Nathan Giannekshi de l'Université Northwestern et membre de l'Institut international de nanotechnologie de l'université.
Giannecchi a conçu plusieurs PLP pour cibler différentes protéines. Ce PLP particulier est structuré pour modifier l'interaction entre Nrf2 et une autre protéine appelée Keap1. L’interaction de ces protéines, ou voie, est une cible bien connue pour le traitement de nombreuses affections, puisque Keap1 contrôle le moment où Nrf2 répond et combat le stress oxydatif. Dans des conditions normales, Keap1 et Nrf2 sont liés, mais lorsqu'il est stressé, Keap1 libère Nrf2 pour remplir sa fonction antioxydante.
"C'est juste au cours d'une conversation que Nathan et ses collègues de Grove Biopharma, une startup axée sur le ciblage thérapeutique des interactions protéiques, ont mentionné à Robert qu'ils prévoyaient de cibler Nrf2", explique Johnson. "Et Robert a dit : 'Si vous comptez faire ça, vous voudrez peut-être appeler Jeff Johnson.'"
Bientôt, les Johnson et Giannenchi discutaient de la possibilité de fournir au laboratoire de l'Université du Wisconsin-Madison les cellules cérébrales modèles de souris nécessaires pour tester le nanomatériau de Giannenchi.
Jeffrey Johnson dit qu'il était au départ un peu sceptique quant à l'approche PLP, étant donné sa méconnaissance de celle-ci et la difficulté générale de cibler avec précision les protéines dans les cellules cérébrales.
"Mais ensuite, un des étudiants de Nathan est venu ici et l'a utilisé sur nos cellules, et ça a vraiment bien fonctionné", dit-il. "Ensuite, nous avons vraiment creusé la question."
L'étude a révélé que le PLP de Giannenchi était très efficace pour se lier à Keap1, ce qui libérait Nrf2 pour qu'il s'accumule dans les noyaux cellulaires, renforçant ainsi sa fonction antioxydante. Plus important encore, cela a été possible sans provoquer les effets secondaires indésirables qui ont affecté les autres stratégies d'activation de Nrf2.
Bien que ces travaux aient été réalisés sur des cellules en culture, Johnson et Giannenchi prévoient désormais de réaliser des études similaires sur des modèles murins de maladies neurodégénératives, une voie de recherche qu'ils n'avaient pas prévu de poursuivre mais qu'ils sont désormais ravis de poursuivre.
« Nous n’avons aucune expérience dans le domaine des biomatériaux », déclare Delinda Johnson. "Donc, obtenir cela de Northwestern et développer davantage le côté biologie ici à l'Université du Wisconsin montre que ces types de collaborations sont vraiment importants."