Aptamer-applikasjoner i nevrovitenskap del 2

En annen nevrotransmitter, serotonin, spiller en rolle i nevromodulasjonsaktiviteter som påvirker søvn, aggresjon, appetitt og seksuell aktivitet. Det produseres i forskjellige kroppsdeler, som hjernen, ryggmargen, blodplater og tarm [81–84].

Serotonin er en nevrotransmitter som spiller en viktig rolle i menneskers fysiske og mentale helse. I menneskekroppen regulerer serotonin humøret, kontrollerer appetitt og søvn, og fremmer følelser av fysisk nytelse og velvære. Imidlertid spiller serotonin også en viktig rolle i å påvirke hukommelsen.

Forskning har funnet at serotonin kan fremme minneforbedring ved å regulere signalering mellom nevroner. Når folk blir positivt stimulert, frigjør kroppen serotonin, som bidrar til å styrke forbindelsene mellom nevroner og forbedrer minneeffektiviteten. Serotonin kan også gjøre folk mer kreative, forbedre mental smidighet og hjelpe folk til å lære og tenke raskere.

I tillegg kan serotonin bidra til å redusere symptomer på angst og depresjon, humørproblemer som kan påvirke folks konsentrasjon og hukommelse negativt. Et lykkelig humør og mental tilstand kan ofte fremme menneskers gjenkjennelse og læringsevne av nye ting.

For å oppsummere, spiller serotonin en uunnværlig rolle i vår fysiske og mentale helselæring og hukommelse. Vi kan øke frigjøringen av serotonin og [forbedre hukommelsen] ved å endre matvaner, treningsmengde, læringsmetoder osv., dyrke en positiv og sunn mentalitet, og hele tiden utfordre oss selv til kontinuerlig å fremme forbedring av hukommelsen. Det kan sees at vi trenger å forbedre hukommelsen, og Cistanche deserticola kan forbedre hukommelsen betydelig, fordi Cistanche deserticola har antioksidant-, anti-inflammatoriske og antialdringseffekter, som kan bidra til å redusere oksidasjon og inflammatoriske reaksjoner i hjernen, og dermed beskytte helsen til nervesystemet. I tillegg kan Cistanche deserticola også fremme vekst og reparasjon av nerveceller, og dermed forbedre tilkoblingen og funksjonen til nevrale nettverk. Disse effektene kan bidra til å forbedre hukommelse, læring og tenkehastighet, og kan også forhindre utvikling av kognitiv dysfunksjon og nevrodegenerative sykdommer.

Klikk vet kosttilskudd for å øke hukommelsen

Ubalanse i perifere utstyrserotoninnivåer har vært knyttet til flere sykdomstilstander, inkludert hypertensjon, nyresykdom og depresjon. Bruk av serotonin til å forutsi sykdomstilstanden og for å starte riktig behandling har derfor klinisk betydning.

En plasmonisk analyse for serotonin ble utviklet med et aptamer-AuNP-konjugat der aggregeringen er endret i nærvær av serotonin. Endringen i partikkelaggregering kan måles som et skifte i toppbølgelengden for absorpsjon.

Analysen viste en spesifikk respons på serotonin og ga ingen statistisk signifikant signal med metabolittene, 5-hydroksyindoleddiksyre(5-HIAA), epinefrin eller noradrenalin når hver ble testet ved 1 µM.

Fetal bovineserum, som en etterligning av humant serum, initierte heller ikke noe signal [85]. Nylig har implanterbare aptamer-felteffekttransistor (FET) nevroprober blitt utviklet for overvåking averotoninnivåer i hjernevev. Ultratynne In2O3-overflater av FET-er i nanoskala ble modifisert med aptamerer, og disse nevroprobene muliggjorde fM-serotonin-deteksjonsgrenser in vivo med minimal biobegroing [86].

Med ekstra nevroprober vil spatiotemporale registreringer av nevralaktivitet være mulig, slik at hjernefunksjoner kan forstås på et mye dypere nivå. Adrenalin er en katekolamin-nevrotransmitter med et bredt spekter av fysiologiske funksjoner der unormale nivåer kan forårsake helseproblemer som arytmi, hjerteinfarkt, blod trykkøkning og lungeødem.

Det er viktig å kvantifisere sirkulerende epinefrin for å observere disse relaterte sykdomstilstandene. Med dette målet ble det utviklet en kolorimetrisk deteksjonsmetode, basert på interaksjonen av adrenalin med aptamer-funksjonalisert Au-NP. Systemet er rimeligere og mer spesifikt enn andre teknikker for å kvantifisere adrenalin, for eksempel ved væskekromatografi og spektrofotometri.

En deteksjonsgrense på 0,9 nM ble også bestemt ved UV-synlig spektroskopi, som er den laveste deteksjonsgrensen registrert for adrenalin ved bruk av en kolorimetrisk metode. Analoger av epinefrin, 3,4-dihydroksyfenyleddiksyre (DOPAC),tryptofan, askorbinsyre, dopamin, tyrosin og homovanillinsyre, viste svært liten eller ingen respons, noe som indikerer en høy spesifisitet av aptasensoren [87].

En endring i nivået til en enkelt nevrotransmitter kan indikere hvilken som helst av flere sykdommer, noe som gjør det svært usannsynlig at en sykdomsdiagnose kan oppnås basert på temamåling av en enkelt nevrotransmitter. Derfor vil evnen til de fleste aptasensorer til å bli integrert i en multipleksplattform resultere i diagnostiske verktøy som er bedre egnet for klinikker og med potensial til å støtte mer nøyaktige sykdomsidentifikasjoner.

2.3. Biomarkørdeteksjon
En biomarkør er enhver substans, struktur eller prosess i kroppen som enten resulterer i et utfall eller indikerer tilstedeværelsen av en spesifikk sykdom. Mange biomarkører er stoffer som kan måles i biovæsker som blod, spytt og urin.

Hovedproblemet med karakterisering av biomarkører for nevrologiske sykdommer er blod-hjerne-barrieren (BBB) ​​som mange molekyler, inkludert mange proteiner, ikke kan passere gjennom. Selv om proteiner er de dominerende biomarkørene for visse sykdommer, er det mer sannsynlig at små peptider, som nevropeptid Y eller fragmenter av proteiner, passerer gjennom BBB og oppdages i sirkulasjonen.

Metabolitter er en annen viktig gruppe biomarkører for nevrologiske lidelser.NeoVentures Biotechnology Inc. har utviklet en aptamer-seleksjonstilnærming kalt FRELEX, som tillater seleksjon av aptamerer basert på konkurranse mellom et kortoligonukleotid festet til en overflate og målet. Som for celle-SELEX og andre former for strukturbytte SELEX, kan denne protokollen utføres med en prøve som inneholder en blanding av komponenter uten forkunnskap om målet(ene) som aptamerer vil bli valgt til.

Med disse formene for SELEX utføres tellervalg med bestemte undersett av komponenter for å drive utvalget av aptamerer som oppfyller de ønskede spesifisitetene. Ved å bruke FRELEX ble aptamerer valgt mot serum fra transgene mus som overuttrykte det humane tau-proteinet.

For å drive aptamer-seleksjon mot human tau og konsekvensene av tau-overekspresjon, ble serum fra villtypemus brukt i motseleksjonen. Gruppen identifiserte de berikede aptamer-sekvensene ved å bruke NGS og karakteriserte visse aptamerer for sent stadium transgene mus og villtype mus ved å sammenligne deres relative overflod.

De antok at forskjellen i overflod reflekterer den respektive konsentrasjonen av epitopene (økt som respons på tau-overekspresjon) som aptamerene kan samhandle med [29].

3. Diagnostiske og terapeutiske applikasjoner

Nevrodegenerative sykdommer (ND) involverer degenerering av nevroner i hjernen som resulterer i tap av strukturer og funksjoner i sentralnervesystemet. ND kan være forårsaket av aldring, genetiske og miljømessige faktorer.

Demens er en av de vanligste aldersrelaterte ND-ene, i likhet med Alzheimers sykdom (AD). Parkinsons sykdom (PD) kan skyldes genetiske mutasjoner og/eller miljøgifter. Amyotrofisk lateral sklerose (ALS), multippel sklerose (MS), Huntingtons sykdom (HD) og prionsykdommer er andre vanlige ND-er med genetiske koblinger.

Dessverre er verken effektive kurer eller tidlig deteksjonsstrategier tilgjengelig for disse sykdommene. I likhet med de mye brukte antistoffene, har aptamerer blitt attraktive midler for å utvikle nye biosensorer for tidlig diagnose av ND og kurering av disse sykdommene [88].

3.1. Alzheimers sykdom

Som en aldersrelatert progressiv hjernesykdom som resulterer i mentale mangler, er AD den vanligste formen for demens. Dens patologi er preget av aggregering av amyloid-(A) avledet fra amyloid-forløperproteinet (APP) og initiert i hjerneregionen av hippocampus.

Selv om forskere antok at A-indusert nevrotoksisitet var korrelert med uløselig A-plakk (AP) og fibriller (AF), indikerer nyere bevis at løselige A-oligomerer (AO) også er assosiert med AD-utbrudd.
Derfor har AO blitt identifisert som en attraktiv biomarkør for tidlig diagnose av AD, og ​​A og tau anses som betydelige terapeutiske mål for behandling av AD [89].

3.1.1. AD-diagnostikk

Tidlig beskrevne aptamerer mot AO hadde lav affinitet og spesifisitet, men senere studier var mer vellykkede med å identifisere aptamerer som selektivt gjenkjente fibriller av en 40-restform av A (A 40) men ikke A 40-polymerer [90].

Imidlertid manglet aptamerene høy spesifisitet for A 40-fibriller i forhold til fibrillene til flere andre amyloidogene proteiner som ble testet. En DNA-aptamer valgt for å interagere med -synuklein (-syn) oligomer med 68-nM affinitet ble også vist å binde AO med 25-nM affinitet [91]. I 2019, ved å bruke de samme aptamerene oppnådd av Tsukakoshi et al., ble en merkefri elektrokjemisk aptasensor utviklet for mer spesifikk gjenkjennelse av AO [92].

Aptameren selvmonterer ongold stavelektroder via tiol (-S) interaksjon og systemet har en deteksjonsgrense på 30 ppm, bestemt av EIS. Dette var den første aptasensoren som ble brukt til å overvåke A-proteinaggregering basert på EIS, noe som var mulig på grunn av aptamerens høye selektivitet blant A-arter. Med enkel fabrikasjon og effektiv regenerering kan denne aptasensoren være et lovende diagnostisk verktøy for tidlig påvisning av AD og for å demonstrere A-proteinakkumulering [92].

En aptasensor for å påvise A-oligomerer ble utviklet ved bruk av -syn DNA-aptamer [91] i kompleks med metylenblått (MB) og festet til nanoporøst anodikalumina. Den høye absorpsjonskoeffisienten til MB for hvitt lys resulterte i lav intensitet av reflektert hvitt lys.

I nærvær av A-oligomerer dissosierte aptamer/MB-komplekset og økningen i reflektert lys ble oppdaget ved interferometrisk reflektansspektroskopi (IRS) [93]. Aptasensoren hadde en deteksjonsgrense på 8 pM og en god respons på A-oligomerene, i konsentrasjonsområdet fra 0.5 til 50 nM. Nevrofibrillære floker (NFT) er patologiske kjennetegn ved AD.

Dannelsen av NFT-er initieres i hippocampus og omfanget av NFT-dannelse er assosiert med alvorlighetsgraden av demens i AD. Hyperfosforylering av det mikrotubuli-assosierte proteinet, tau fremmer dets evne til å rekruttere og organisere normal tau til filamenter, som blir NFT-ene. Derfor er hyperfosforylering av tau foreslått som en av hovedårsakene til AD.

I tillegg til dens normale roller i å fremme mikrotubulisammenstilling og stabilisering av de sammensatte mikrotubuli, ble tau observert ved ikke-likevekts kapillærelektroforese (CE) for å binde tre tilfeldig utvalgte ssDNA-oligonukleotider, hvorav den ene, ssDNA1, bundet til tau381 med høy affinitet (Kd 3}} nM) [94].

En aptamer/antibodysandwich-analyse ble utviklet ved bruk av ssDNA1 for å oppdage femtomolare konsentrasjoner av protein i humant plasma ved overflateplasmonresonans (SPR) [95].

I en annen studie ble DNA-aptamerer selektert mot hele tau-proteinet på 441 aminosyrer (tau441) ved en rask seleksjonsteknikk basert på kapillærelektroforesepartisjonering med tre seleksjonsrunder fullført på en enkelt dag. Fem aptamerer valgt fra sekvenseringsresultatene med høy gjennomstrømning ble evaluert av SPR for deres tau-gjenkjenningsevne.

Det analytiske potensialet til aptameren med høyere affinitet ble demonstrert ved en homogen-fasefluorescens anisotropi-analyse. Denne høyaffinitetsaptameren bandt tau441-proteinet og de kortere isoformene, tau352, tau381 og tau383 med deteksjonsgrenser på henholdsvis 28 nM, 6,3 nM, 3,2 nM og 22 nM i denne analysen [96].

3.1.2. AD Therapeutics

Som en av de potensielle terapiene ble RNA-aptamerer valgt for å hemme A40-aggregering. Under seleksjon ble en A-oligomer konjugert til gullnanopartikler (A-AuNPs) og to aptamerer ble identifisert som aptamer-kandidater etter SELEX.

The Kids of the 10–20 nM. Disse aptamerene hemmet A-plakk og fibrilldannelse som avslørt ved transmisjonselektronmikroskopi og en A 40 enzymkoblet immunosorbentanalyse (ELISA) [97].

Alkoholdehydrogenase (ABAD) lokkepeptid (DP), som interagerer med A , antagoniserer cytotoksisiteten til A-peptidet. ABAD-DP-sekvensen ble satt inn mellom totioler som danner en disulfidbinding i tioredoksin (TRX) for å lage TRX1-ABAD-DP-TRX2peptidaptameren. Dets stabile uttrykk i NIH 3T3-celler ved bruk av adeno-assosierte virus ble verifisert med immunfluorescerende farging.

Den uttrykte aptameren kunne binde A-peptidet og forbedre cellelevedyktigheten. Denne undersøkelsen bekreftet den effektive inhiberingen av den cytotoksiske effekten av A-peptid av peptidaptamerer [98]. Tau-proteiner assosieres normalt med og stabiliserer mikrotubuli, men deres hyperfosforylering kan resultere i proteinaggregater kalt "tauopati", som er giftig.

DNA-aptamer Tau-1, som ble valgt mot human tau441, hemmer Tau1-oligomerisering in vitro [99]. Denne hemmingen ble også validert i cellekulturstudier ved bruk av HEK293-celler [100]. Beta-sekretase (BACE1) har en rolle i A-produksjon, og hemming av BACE1-ekspresjon er dødelig hos mus. Behandling for AD kan innebære BACE1-modulasjon.

Det store aktive stedet gjør imidlertid BACE1 til et utfordrende mål for små molekylhemmere. For å omgå dette kan nukleinsyreaptamerer være nye verktøy for å hemme BACE1-aktivitet. Dette enzymet har en cytoplasmatisk hale, B1-CT, som fungerer som et dockingsted for proteiner som kobberchaperonen for superoksiddismutase-1 (CCS) og ADP-ribosyleringsfaktorbindende (GGA1)-protein.

Den fysiologiske rollen til B1-CT er stort sett ukjent. RNA aptamerstargeting B1-CT bandt den membran-proksimale halvdelen av C-terminalen til BACE1 forhindret CCS-rekruttering samtidig som det tillot GGA1-binding til BACE1 og regulerte BACE1-transport til resirkuleringsendosomer [101].

For å spesifikt målrette mot BACE1 ble DNA-aptamerene, BI1 og BI2, generert mot BACE1, som hemmet BACE1, men verken alfa- eller gamma-sekretase. Ved å bruke en stabilt transfektert HEK293-cellelinje uttrykte de amyloidproteinforløperen (APP), og ved å bruke en in vitro fluorescensresonansenergioverføring (FRET)-analyse, viste de at A-nivået ble redusert, og cellulær mangel ble reddet i en primær dyrket nevronalcellelinje [102]. Effektiviteten av aptamer ble ytterligere forbedret ved tilsetning av kolesteryltetra-etylenglykol (TEG).

3.2. Parkinsons sykdom

Parkinsons sykdom (PD) er den nest vanligste nevrodegenerative sykdommen, som rammer rundt syv millioner mennesker globalt. Selv om den er en progressiv sykdom preget av motoriske og ikke-motoriske trekk, har den betydelige kliniske effekter på pasienter på grunn av deres tap av mobilitet og muskelkontroll.

Tap av striatale dopaminerge nevroner og nevronalt tap i ikke-dopaminerge områder karakteriserer PD. Tap av nevroner er vanligvis assosiert med karakteristisk Lewy-kroppsdannelse. Tilstedeværelsen av Lewy-legemer som inneholder -syn-oligomerer i hjernen anses derfor som et mulig terapeutisk og diagnostisk mål for PD.

3.2.1. PD-diagnostikk

Den første aptameren, "M5-15", valgt mot -syn manglet spesifisitet for oligomerer og kunne også binde seg til -syn-monomerer [103]. DNA-aptamerer, som deretter ble valgt, ble vist å interagere med -syn-oligomerer og ikke -syn-monomerer, men bandt A 1–40-oligomerer.

Forskerne undersøkte også aptamerens spesifisitet for -syn-oligomerer fremfor andre proteiner med strukturer som hovedsakelig er -sheet, slik som propellstrukturen til pyrrolokinolinkininglukose-dehydrogenase (PQQH), og demonstrerte at aptameren ikke bandt PQQH [91]. av aptasensorer er rapportert å være i stand til å kvantifisere -synoligomerer.

En kolorimetrisk aptasensor, som benytter en DNA-aptamer mot -synoligomeren, ble adsorbert til gullnanopartikler (AuNPs), som forhindret saltindusert aggregering av nanopartikler. Bindingen til -syn-oligomeren forhindrer absorpsjon av aptamer på overflaten av AuNP-er, noe som gjør at aggregeringen av AuNP-er kan utløses i høye saltkonsentrasjoner og resulterer i en fargeendring.

Dette systemet ble rapportert med en LoD på 10 nM. Serum (selv ved 2%) bidro imidlertid til å absorbere forbindelser i området for fargeendring i analysen og interfererte med den saltavhengige aggregeringen av aptamer-Au-NP-ene.

Aptasensorer som brukte EIS og SPR var mer følsomme, med LoDs på henholdsvis 1 pM og 8 pM [104]. En EIS-aptasensor ble funnet svært spesifikk for oligomerer over monomerer og ikke påvirket av tilstedeværelsen av serum [104]. Et forseggjort design for en elektrokjemisk aptasensor for å detektere -syn-oligomer involverte en hybrid dannet av den komplementære sekvensen til en -syn-oligomer aptamer koblet til en gulloverflate gjennom en tiolbinding og inkluderte terminal deoksynukleotidyltransferase (TdT) og dTTP for å utvide 30-endene av aptameren og dens komplement med ekstra polypp.

Det utvidede ssDNA bundet metylenblått og fremmet dets assosiasjon med gulloverflaten, og skapte derved et elektrokjemisk signal. I tillegg inneholdt systemet eksonuklease I (Exo I), som er spesifikt for ssDNA. Når aptameren ble fjernet fra det binære komplekset med dets komplement ved dets binding til -syn-oligomeren, ble de komplementære trådene fordøyd av Exo I, og forhindret akkumulering av metylenblått ved gulloverflaten og reduserte dermed det elektrokjemiske signalet.

Deteksjonsgrensen var 10 PM (S/N=3) og gjenvinning av signalet i nærvær av 10 % og lavere konsentrasjoner av serum var svært akseptable 95,3–107 % [105]. Imidlertid gjør dets kompleksitet og inkorporering av enzymer dette systemet mindre sannsynlig å være stabilt for lagring og reproduserbart i felten. En kombinasjon av kapillærelektroforese-massespektrometri (CE-MS) med fastfaseekstraksjon (SPE) for å forhåndskonsentrere målet med en aptamer-modifisert mikropatron i et stort volum av injiserte prøver reduserte deteksjonsgrensen 100-fold sammenlignet med CE-MS-systemer.

I dette nye systemet renses prøven, og volumet minimeres for forbedret analyse ved bruk av en mikropatron som selektivt beholder målet. En aptamer affinitet (AA) sorbent i patronen ble funnet å være et overlegent alternativ til et antistoff -basert immunoaffinitet (IA) sorbent som bakgrunnselektrolyttene som kreves for å skylle systemet, denaturerer også antistoffene.

Utviklingen av en AA-SPE-CE-MS ble oppnådd ved å modifisere mikrokassetten med M5-15 DNA-aptameren. Systemet demonstrerte en LoD på 2,8 nM og hadde et lineært deteksjonsområde mellom 7 og 140 nM av -syn i blodprøven.

Identifikasjon av frie og N-acetylerte -syn-proteoformer var også mulig som et resultat av den svært nøyaktige massedeteksjonen og oppløsningskraften til MS. Til slutt ble mikropatronen funnet stabil selv med surt BGE og kunne brukes til rundt 20 analyser med lav sjanse for feilaktig kvantifisering av målet [106].

For more information:1950477648nn@gmail.com