蛋白质组学

OpenSPR在阿尔茨海默病AD治疗药物研究中的应用

OpenSPR告诉您如何玩转AD治疗药物研究

阿尔茨海默病(AD)是一种复杂的神经退行性疾病,全球65岁以上的人中有九分之一受其影响。AD数量每年都在增加,是非常重要的社会流行病。目前,临床AD药物,如N-甲基-天冬氨酸受体拮抗剂美金刚胺和乙酰胆碱酯酶(ACH)抑制剂,包括donepezil、加兰他敏,他克林和利瓦斯丁都只能暂时缓解症状起缓解性治疗效果。到目前为止,还没有人提出有效的治疗方法可以延迟AD的发病或减缓其恶化。因为现有的单一疗法不能对抗如此复杂的疾病。因此,开发新的治疗策略具有挑战性但也是必须的,以提高患者的幸福感。

现有的临床AD药物主要集中在“胆碱能假说”上,donepezil是美国食品药品监督管理局(FDA)和药物管制局(MCA)批准的唯一一种用于AD治疗的药物,它可以改善乙酰胆碱缺陷,从而恢复胆碱能神经传递,改善记忆障碍。不幸的是,donepezil在大剂量5 mg/天重复给药后产生严重的副作用,包括腹泻、心动过缓、呕吐、失眠和厌食,主要是因存在血脑屏障(BBB),是脑内药物传递的主要障碍。因此,有效的BBB穿透策略的设计对于AD治疗中精确的脑靶向给药至关重要。

考虑到阿尔茨海默病(AD)是通过积累淀粉样β(aβ)和乙酰胆碱缺陷为特征。因此,大脑内/外的高水平密度脂蛋白(HDL)在AD发病机制中起着至关重要的作用。中国药科大学的研究团受“HDL仿生学”启发,开发了一种生物重组纳米药物即donepezil载脂蛋白A-I-重组体HDL (rHDL/Do),借助Nicoya OpenSPR的动力学数据及成像技术,得出在AD治疗中,A-I-重组HDL(rHDL/Do)同时执行Aβ-靶向清除和乙酰胆碱酯酶(AChE)的抑制作用,并在体内和体外均能显著增强BBB的穿透能力,调节Aβ诱导的神经元损伤, 因此开发了一个在AD治疗中非常有前景的可控制症状和改善疾病的双重作用的纳米药物rHDL/Do,该研究发表在Journal of Controlled Release上:《Reassembly of native components with donepezil to execute dual-missions in Alzheimer's disease therapy》

实验过程

实验中采用人脑上皮细胞hCMEC/D3,人SH-SY5Y神经胶质细胞,小鼠小胶质细胞bv-2为细胞模型,磁性 ICR 小鼠和SD大鼠为动物模型。

1)首先从人血浆中提取了脂质和载脂蛋白A-I,之后将A-I与donepezil脂质体复合孵育制备成脂蛋白仿生纳米药物HDL (rHDL/Do) ,之后利用粒度仪及透射电镜测定了纳米药物大小、形态等,并用HPLC测定了包装效率即测定释放的donepezil量,确保纳米药物重组的效率。

2)之后,利用Nicoya OpenSPR快速测定了Aβ1–42与apoA-I或重组的 rHDL/Do之间的相互作用

       OpenSPR动力学测定结果表明rHDL/Do与Aβ1–42单体和低聚物的KD值在2.45×10−8M 和2.78×10−8 M, 分别比与apoA-I的KD值低4倍和9倍,表明重组的HDL比游离载脂蛋白A-I,对Aβ1-42的结合亲和力更高 。相反,当流动的LIPOS/Do单独时,即使在最高浓度(总脂质500μm)下,也几乎检测不到有Lipos/Do的结合亲和力。表明脂化过程和内源性HDL-模拟纳米药物对提高apoA-I与其受体和Aβ1–42的亲和力是必不可少的,为开发rHDL/Do纳米药物的可能性奠定了基础,提供了第一手关键性的数据。

3)rHDL/Do纳米药物传递性及药效测定

     为了验证rHDL/D在脑内和细胞内药物传递性效果,荧光素c6替代donepezil,荧光成像及流式分析显示,经荧光标记的rHDL/c6转运通过BBB的速率是Lipos/c6的两倍,即细胞bv-2对Lipos/c6的内化率约为rhdl/c6的40%,表明apoA-I的修饰有助于纳米药物具有高效率的BBB渗透通过HCMEC/D3单层结构, 有助于提高AD的治疗效果,并且rHDL/Do的存在可显著提高Aβ1–42单体/低聚物与溶酶体的结合,从而促进Aβ1–42 的降解,对AD治疗起作用。

进一步在有害的Aβ1–42低聚物损伤的SH-SY5Y细胞模型中,加入rHDL/Do 纳米药物可以显著恢复细胞活力,而加入Lipos/Do,细胞活性无明显变化,证明rHDL/Do纳米药物可以保护Aβ诱导的细胞损伤。

★ 总结 

本研究利用OpenSPR 创新LPSR 技术的操作简单,高效及结果精确的特性,快速检测了构建的脂质体与donepezil重组体rHDL/Do 纳米药物及apoA-I与AD疾病发生相关的靶标Aβ1-42 之间相互作用,发现rHDL/Do与Aβ1–42亲和力明显提高,为开启rHDL/Do纳米药物治疗AD提供了第一手的关键性数据,使得后期细胞学和动物体药物治疗效果测定实验得以开展,并通过荧光成像等方法在细胞和小鼠内证实rHDL/Do 纳米药物可保护Aβ1–42诱导的神经细胞损伤,从而开发了一种非常有前景的可在AD治疗中的控制和改善疾病得rHDL/Do纳米药物,在阿尔茨海默病治疗药物开发中取得又一项重大突破。

OpenSPR 分子互作仪在AD药物研发中的独特性

• 创新LSPR技术---基于波长变化检测分子间相互作用;

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