I disturbi neurodegenerativi come il morbo di Alzheimer colpiscono più di 270 milioni di persone in tutto il mondo. L'AD è la principale causa di demenza, con conseguente perdita di memoria dovuta all'atrofia dei neuroni nell'ippocampo, la parte del cervello che regola l'apprendimento e la memoria.

Le nanoparticelle progettate per trasportare farmaci sono emerse come strategia per il trattamento di diverse malattie, ma nel contesto delle malattie neurodegenerative, gran parte della ricerca si è concentrata sullo sviluppo di strategie per far sì che le nanoparticelle attraversino la barriera ematoencefalica e raggiungano regioni mirate del cervello. /P>

In un nuovo studio, un team interdisciplinare di ricercatori dell’Università Urbana-Champaign dell’Illinois ha sviluppato nanoparticelle in grado di legarsi selettivamente agli astrociti attivati ​​e alle cellule microgliali che mediano l’infiammazione cerebrale nell’AD e ha scoperto che sia l’AD che l’invecchiamento influenzano fortemente la capacità di nanoparticelle per attraversare la BEE e localizzarsi nell'ippocampo.

La BBB è costituita da una rete di vasi sanguigni che circondano il cervello che regolano strettamente quali molecole (compresi i farmaci) possono entrare nel cervello. La BBB rende difficile l'ingresso nel cervello delle nanoparticelle che trasportano farmaci, sebbene le nanoparticelle possano impedire che i farmaci vengano "lavati via" o perdano la loro attività lungo il percorso quando passano attraverso la BBB. Tuttavia, la ricerca ha suggerito che la BBB si indebolisce con l'AD e l'età.

Ciò ha ispirato un team di ricercatori guidato da Joon Kong (leader di M-CELS/EIRH/RBTE), professore di ingegneria chimica e biomolecolare, e Hee Jung Chung (M-CELS), professore associato di fisiologia molecolare e integrativa, a sintetizzare una nanoparticella che potrebbe trarre vantaggio da questa BBB compromessa e legarsi specificamente agli astrociti reattivi e alle cellule microgliali nell'ippocampo degli individui affetti da AD.

"Penso che le persone abbiano trascurato il modo in cui la permeabilità vascolare della BEE cambia con la patologia dell'AD", ha affermato Kong. "Abbiamo pensato, invece di mettere peptidi o proteine ​​su nanoparticelle che possano aiutarle a penetrare nella BBB, come hanno fatto altri, rendiamo le nanoparticelle abbastanza piccole da poter sfruttare la perdita di BBB e progettare queste particelle in un modo che permetta loro di rimangono nel cervello in modo stabile."

Le nanoparticelle sono progettate per legarsi al CD44, una proteina della superficie cellulare prodotta da astrociti reattivi e cellule microgliali, più dei neuroni, soprattutto durante la neuroinfiammazione, un segno distintivo delle regioni cerebrali colpite da AD come l'ippocampo. Secondo Kong, il vantaggio del legame delle nanoparticelle a queste cellule che esprimono CD44 è che le nanoparticelle vengono trattenute più a lungo nell'ippocampo anziché essere rapidamente eliminate.

I ricercatori hanno iniettato le nanoparticelle in cerca di CD44 sia nei topi più vecchi che in quelli più giovani che avevano l'AD o erano sani. Hanno poi esaminato la distribuzione delle nanoparticelle nell'ippocampo durante i trattamenti.

Negli ippocampi dei topi AD, hanno trovato alte concentrazioni di nanoparticelle indipendentemente dall’età, sebbene i topi AD più anziani avessero concentrazioni più forti rispetto ai topi AD più giovani. I ricercatori affermano che ciò era previsto e dimostra ulteriormente che i BBB delle persone con AD sono notevolmente indeboliti. Non solo le nanoparticelle sono riuscite a penetrare la BBB, ma sono state anche trattenute più a lungo nell'ippocampo, per almeno 2 ore dopo l'iniezione, con dati preliminari che suggeriscono una ritenzione ancora più lunga.

Nel cervello di giovani topi sani non sono state trovate nanoparticelle, il che significa che i loro BBB erano intatti. Tuttavia, con sorpresa del team, hanno trovato una quantità significativa di nanoparticelle nel cervello di topi anziani sani, suggerendo che la BBB si indebolisce notevolmente con l'aumentare dell'età, anche in quelli senza AD.

"Questa scoperta è stata sorprendente perché i topi più anziani in questo studio equivalgono a un'età umana di soli 60 anni circa", ha detto Chung. "Sapevamo che ci sarebbe stata una certa perdita della BEE con l'età, ma pensavamo che la penetrazione delle nanoparticelle nel cervello sarebbe stata molto inferiore a quella riscontrata. Ciò evidenzia che la penetrazione delle nanoparticelle attraverso il cervello è dipendente dall'età e dalla malattia. BBB alle regioni profonde del cervello colpite dall'AD."

"Questo studio offre preziose informazioni per migliorare la nostra comprensione del trasporto delle nanoparticelle al cervello nei pazienti anziani e affetti da Alzheimer", ha affermato Kai-Yu Huang, uno studente laureato nel laboratorio di Kong. "Ci spinge a pensare alle strategie future per lo sviluppo di trasportatori di farmaci su scala nanometrica per colpire le cellule cerebrali infiammate nelle diverse fasi dei disturbi cerebrali legati all'invecchiamento."

Secondo i ricercatori, il prossimo passo è provare ad aggiungere farmaci candidati alle nanoparticelle e vedere se potrebbero migliorare la cognizione e la memoria nei modelli murini di AD.

Stanno inoltre pianificando di misurare per quanto tempo le loro nanoparticelle possono essere trattenute nel cervello, il che potrebbe aiutare a fornire in futuro una somministrazione di farmaci più lunga e coerente ai pazienti trattati con nanoparticelle. Il team spera che questa scoperta fornisca una linea guida su come progettare in futuro i vettori dei farmaci per il trattamento delle malattie, sia all'interno del cervello che oltre.

"Ciò si estende oltre il semplice cervello perché questa tecnologia può essere utilizzata per altre malattie, non solo per quelle cerebrali", ha affermato Chung. "Modificando la porzione superficiale delle nanoparticelle, possiamo prendere di mira direttamente diversi organi, purché sappiamo qualcosa di specifico da colpire all'interno di tali organi. L'uso delle nanoparticelle in medicina ha applicazioni ampie e innovative."

L'articolo è pubblicato sulla rivista Nano Letters .

Ulteriori informazioni: Gregory C. Tracy et al, Trasporto intracerebrale di nanoparticelle facilitato dalla patologia dell'Alzheimer e dall'età, Nanolettere (2023). DOI:10.1021/acs.nanolett.3c03222

Informazioni sul giornale: Nanolettere

Fornito dall'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign