در حال حاضر در کشورهای توسعه یافته، امید به زندگی به مراتب بالاتر از سن 80 سال است. با این وجود ، با امید به زندگی طولانی تر شانس ابتلا به یک بیماری عصبی مثل بیماری آلزایمر، بیماری پارکینسون و زوال عقل افزایش می یابد. پیشرفت این اختلالات منجر به یک وضعیت بطور فزاینده ناتوان کننده می شود تا زمانی که نیاز به مراقبت تمام وقت باشد.
متأسفانه هنوز علت این بیماری ها کاملاً درک نشده است و اکثر داروها فقط علائم را درمان می کنند. با افزایش امید به زندگی، درک ما از این بیماری ها و ایجاد روش های درمانی جدید بسیار مهم است.
سنجش های بیولوژیکی، از جمله تجمع، سمیت و سنجش سیگنال، در کمک به محققان در درک خود در مورد مکانیسم های اساسی این شرایط، علاوه بر کشف درمان های امیدوارکننده در مراحل اولیه تولید دارو، بسیار مهم است.
در این مقاله اهمیت این سنجش ها و نیاز به ابزارهای حساس و سریع که قادر به سنجش ارزیابی ها با انواع تکنیک های تشخیص هستند، توضیح می دهد.
بیماریهای عصبی چیست؟
تخریب عصبی اصطلاحی است که به بیماری هایی گفته می شود که معمولاً با علائمی از جمله کاهش کنترل حرکتی، اختلالات خلقی و نقص شناختی شناخته می شوند. همانطور که از نام آن مشخص شد، شرایط با تخریب نورون ها مشخص می شود. نورونها سلولهای عصبی در مغز و نخاع هستند که دوباره تولید نمی شوند.
اگر نورون ها آسیب ببینند، قادر به بهبودی نیستند، در نتیجه منجر به اختلال در عملکرد مغز و بیماری های غیرقابل تحمل می شود. علیرغم وجود شباهت بین بیماری های تخریب عصبی در شرایط مرتبط، منشأ علل ممکن است متفاوت باشد.
به عنوان مثال، بیماری هانتینگتون با یک جهش ژنی ایجاد می شود، بیماری Creutzfeldt Jakob prion ناشی از پروتئین (پریون) است و به نظر می رسد که پارکینسون و آلزایمر به دلیل یک عامل ژنتیکی و محیطی ایجاد می شوند و معمولاً در افراد بالای سن 60 سال بروز می کنند.
یکی از ویژگیهای مشابه در بین این شرایط عصبی این است که چگونه در نورون ها و در نتیجه مغز القا می شود. ایجاد پروتئین های تائو در پیشرفت همه شرایط ذکر شده رخ می دهند.
فیبریل های آمیلوئید تشکیل شده اند و پروتئین ها منجر به ایجاد پلاک می شوند و به سلولهای عصبی و بافت مغزی آسیب می رسانند. درک و ایجاد اختلال در این تغییر، یک رویکرد اساسی در درمان بیماری های عصبی است.
تحقیقات اخیر درباره بیماریهای عصبی
از دست رفتن سلولهای عصبی و عملکرد عصبی ناشی از تجمع غیر طبیعی پروتئین یا کاهش سیگنالینگ است. در بیماری پارکینسون، تجمع پروتئین آلفا سینوکلین در سلول رخ می دهد و عملکرد نورون را مختل می کند.
چرا تحقیقات در مورد بیماریهای عصبی بسیار مهم است؟
بیماریهای تخریب عصبی از بیماریهای قلبی عروقی و سرطان به عنوان دلایل اصلی مرگ تقلید می کنند. بر خلاف بیماری های قلبی عروقی و سرطان، بیماری های عصبی قادر به درمان نیستند یا پیشرفت آنها به میزان قابل توجهی کاهش یافته است.
علائم اختلالات عصبی عبارتند از: اختلال در حرکت، از بین رفتن حافظه، تغییر خلق و خوی، اختلال در صحبت کردن و چندین مورد دیگر.
برای شروع، این اختلالات باعث می شود بیماران تا حد قابل توجهی آسیب نبینند و آنها می توانند به زندگی مستقل ادامه دهند. با این حال، با پیشرفت بیماری ها، کیفیت زندگی بیماران تا زمانی که نیاز به مراقبت تمام وقت داشته باشند، به طرز چشمگیری کاهش می یابد. در نتیجه، یک بار اجتماعی و مالی در طول پیشرفت بیماری نیز بر روی خانواده و دولت وجود دارد.
در حال حاضر در اروپا، تقریباً 130 میلیارد یورو در سال برای مراقبت از افراد مبتلا به زوال عقل هزینه می شود، که در نتیجه این شرایط عصبی است. با افزایش سالخوردگی، میزان افراد مبتلا نیز افزایش می یابد.
در سال 2015، بیماری آلزایمر در سراسر جهان 40 میلیون نفر را تحت تأثیر قرار داده است و تخمین زده می شود تا سال 2030 به 130 میلیون نفر برسد که یک سوم تا نیمی از افراد بالای 85 سال مبتلا به این بیماری هستند. متوسط مدت بیماری آلزایمر 2 تا 10 سال است که بدون شک تأثیر آن بر میزان اقتصادی پیش بینی شده در ایالات متحده، 1 تریلیون دلار در سال، تا سال 2050 است.
تا به امروز، تعداد محدودی از درمانها برای بیماریهای عصبی استفاده می شود و اکثر این موارد فقط علائم را درمان می کنند. در واقع، هیچ تأییدی برای داروهای جدید برای بیماری آلزایمر در اروپا در پنج سال گذشته صورت نگرفته است.
با توجه به این نکته ، روشهای موفقیت آمیز برای به تأخیر انداختن یا کاهش علائم این شرایط ناتوان کننده ، برای محدود کردن تأثیر مخرب آن بر افراد ، خانواده ها ، جوامع و اقتصادها بسیار حیاتی است.
تأخیر در شروع بیماری آلزایمر تنها با پنج سال، 50 درصد از بار مالی در ایالات متحده را کاهش می دهد و نشان می دهد که حتی یک تأخیر کوچک نیز مزیت خواهد بود.
شناسایی هدف دارو برای بیماریهای عصبی
برای شناسایی داروهای جدید احتمالی برای درمان اختلالات عصبی، می توان درک خود بیماری را بدست آورد. علائم گسترده و متفاوت و شروع آهسته، به این معنی است که تشخیص اغلب در موارد پیشرفت بیماری انجام می شود.
با توجه به این نکته، هنوز آشکار است که در درک این اختلالات، به ویژه محرک ها و مراحل اولیه شرایط، شکاف هایی وجود دارد. در نتیجه، تحقیقات بنیادی برای درک دقیق تر این بیماری ها و کمک به شناسایی داروهای جدید در حال انجام است.
بسیاری از سنجش های کلیدی ابزار ارزشمندی برای تجزیه و تحلیل مسیر بیماری و ارزیابی اثرات داروها هستند. پس از این، سنجش تست تجمع، سمیت، سیگنالینگ و مقدار پروتئین، توضیح داده شده است و نشان می دهد که چگونه آنها در درک بیماریهای عصبی کمک می کنند.
مطالعات بیماری عصبی: آزمایش تجمع
ویژگی اصلی بیماریهای عصبی ایجاد پروتئین های محلول و کاربردی به جمع پروتئین های غیر محلول و بسیار به نام های فیبریل های آمیلوئید یا پلاک ها است. این انتقال با شروع گونه های پیش سازنده (دیمرها، تترامرها، هگزامرها و غیره) قبل از تبدیل به پروتئین های بزرگتر آغاز می شود.
با توجه به پریونها، به طور سنتی، از مدلهای کامل حیوانات برای نظارت بر این مواد پروتئینی از طریق سنجهای طولانی که ممکن است تا 6 ماه طول بکشد استفاده شده است. در سال 2012، در آزمایشگاه های راکی کوه در مونتانا، یک آزمایش سریعتر تجمع برای نظارت بر بذر پریون توسط محققان تهیه شد. این روش (RT-QuIC) نامیده شد.
RT-QuIC برای اندازه گیری تجمع پروتئین های پریون از شدت فلورسانس استفاده می کند. رنگ فلورسنت، تیوفلاوین T (ThT) ، به پروتئین های نوترکیب اضافه می شود و این مولکول به ورق های بتا ایجاد شده در هنگام تشکیل فیبریل متصل می شود، که باعث افزایش فلورسانس می شود. این روش در ریزگردها به اتمام رسیده و از پروتئین نوترکیب پریون، پروتئین تاو یا آلفا synuclein استفاده می کند.
زمان لازم برای تکمیل روش 168 ساعت است، اما تشکیل فیبرها در دماهای بالاتر افزایش می یابد. به همین دلیل، آزمایش تجمع پروتئین اغلب در 37 درجه سانتیگراد یا بالاتر به اتمام می رسد. ترکیب درجه حرارت بالا، لرزش متناوب و زمان طولانی اجرا، تقاضای بالایی را برای تجهیزات اندازه گیری ایجاد می کند.
تحقیقات منتشر شده در سال 2016 نشان داد که RT-QuiC با مایع مغزی نخاعی انجام شده است و یک آزمایش قابل اعتماد برای بیماری پراکنده کروتزفلدت یاکوب است. تشخیص بیماری کروتزفلدت یاکوب از مراکز با رعایت 100٪ مطابقت صورت گرفت (مک گایر و همکاران 2016).
FP چرخش مولکول ها را در محلول اندازه گیری می کند. مولکولهای کوچک به سرعت حرکت می کنند، در حالی که مولکول های بزرگ کندتر حرکت می کنند. اتصال TPE-TPP به (قبل از) ساختارهای آمیلوئید باعث کاهش سرعت چرخش آن و در نتیجه تغییرات قابل اندازه گیری در FP می شود.
این روش توسط محققان مستقر در استرالیا که از یک دستگاه میکروپلیت صفحه CLARIOstar برای تکمیل اندازه گیری FP استفاده شده است، ساخته شده است.
سنجش های زنده مانی و سمیت: درک بهتر و اصلاح مرگ عصبی
جدا از تجمع پروتئین، مرگ سلولی عصبی نشانه ای از تولید عصبی است. در حالی که در بزرگسالان سالم نورونها در مرگ سلولی محدود هستند، در طول بیماریهای عصبی که منجر به از بین رفتن عملکرد مغز می شوند می میرند. نورونها از طریق مکانیسم های مرگ سلولی برنامه ریزی می شوند که می تواند در اثر آسیب اکسیداتیو میتوکندری یا DNA، آسیب به غشا ایجاد شود.
مکانیسم های مرگ سلولی برنامه ریزی شده ای که در سلولهای عصبی دیده می شوند شامل آپوپتوز، نکروز و اتوفاژی هستند. تقویت درک علل مرگ سلولهای عصبی، مکانیسم های آن و نحوه مهار آن روشی برای کشف داروی بیماریهای عصبی است. چندین روش مرگ سلول و کمک به رمزگشایی و تعدیل مرگ سلولهای عصبی را مطالعه می کنند. “سمیت سلولی – این سنجش ها به شما می گوید سلول های شما چه چیزی را دوست ندارند”.
بیشترین سنجش سمیت سلولی مورد استفاده بر اساس نمک های تترازولیوم تشکیل می شود. کاهش آنها در سلولهای زنده باعث تغییر جذب می شود که توسط خوانندگان میکروپلیت ثبت شده و فعالیت متابولیکی را نشان می دهد. محققان در مرکز ملی تحقیقات پزشکی، مسکو، روسیه از این روش استفاده کردند تا شواهدی را اثبات کنند که انسولین باعث کاهش میزان تحریک سمیت در سلولهای عصبی قشر مغز می شود، اثری که منجر به مرگ سلولی در نورون ها می شود که با بیماری های عصبی همراه است (Krasililnikova و همکاران 2019).
با توجه به حساسیت و سادگی آنها، سنجش های زنده ماندن لوسیفراز وابسته به ATP محبوب هستند. آنها مقدار ATP سلولهای لیز شده را توسط لوسیفراز وابسته به ATP اندازه گیری می کنند. میزان خروجی نوری که توسط یک میکروپلیت صفحه اندازه گیری می شود مستقیماً با شماره سلول مرتبط است. این روش به محققان در سنگاپور کمک کرد تا اثر سمیت سلولی فعالیت مونونامین اکسیداز (MAO) در یک مدل سلول را کشف کنند (Ooi et al. 2015).
سنجش سیگنالینگ و عملکرد نورون
یکی از ویژگیهای اولیه تخریب عصبی، سیگنالینگ نورون است. فرآیندهای سیگنالینگ تغییر یافته شامل سیگنالینگ کلسیم هستند که عملکرد سیناپسی را تنظیم می کند، متابولیسم انرژی و بقای سلول یا انتقال سیگنال را از طریق گیرنده ها انجام می دهد.
تحقیقات اخیر در بیماریهای عصبی
سیگنالینگ های Ca2 در نورون ها برای عملکرد سلولی آنها به عنوان فرستنده اطلاعات ضروری است. تغییرات Ca2 داخل سلولی با استفاده از رنگهای فلورسنت مانند Fura-2 ،Fluo-8 یا Cal-520 قابل کنترل است. توجه داشته باشید برنامه: “نظارت بر کلسیم داخل سلولی با استفاده از رنگهای فلورسنت” مقایسه ای از سنجش های مختلف نظارت بر Ca2 است.
یکی از نمونه های سنجش های Ca2 در مطالعات مربوط به بیماریهای عصبی، استفاده از Fura-2 برای تهیه مدلی از نورونهای تمایز یافته است که در بازتاب نورونها نسبت به سلولهای نوروبلاستوما انسانی که از آنها مشتق شده اند، برتر هستند. (Ferguson et al. 2016). اندازه گیری های Ca2 داخل سلولی Fura-2 تحریک سلول های تمایز یافته با KCl را نشان داد.
تعیین میزان نشانگر بیولوژیکی
تعدادی پروتئین برای نشان دادن بیان تغییر یافته در طول بیماریهای مختلف عصبی ایجاد شده است. در بیماری آلزایمر، پروتئین تاو دخیل است، سطح گیرنده TREM2 با خطر ابتلا به آلزایمر ارتباط دارد و فاکتور رشد BDNF در آلزایمر کاهش می یابد. برای بیماری پارکینسون، سطح بالاتری از التهاب عصبی مانند IL6 ،IL β1 و TNF α مشاهده می شود.
یک روش محبوب برای تعیین پروتئین های خاص در محلول، روش های ELISA است. توجه داشته باشید برنامه: “تشخیص سریع و دقیق اهداف بیماری آلزایمر با کیت های ELISA® SimpleStep و SPECTROstar® Nano” اصل ELISA را شرح می دهد و نشان می دهد که چگونه از آن برای تعیین کمیت پروتئین های مرتبط با سلول های عصبی استفاده شده است.
محققان مستقر در سیدنی، استرالیا از یک ELISA TNF-alpha برای بررسی تأثیر فعال شدن میکروگلیای مزمن بر نشانگر التهابی استفاده کردند. آنها کشف کردند که TNF-alpha ضد التهابی را باید در همه سنین از یک مدل موش با فعال سازی میکروگلیای مزمن، مشخصه بیماریهای عصبی ایجاد کرد (Gyengesi و همکاران 2019).
ابزار تحقیقاتی در زمینه تخریب عصبی
این تحقیق تکنیکهای توان بالا را که در مطالعات با بیماریهای عصبی به عنوان کانون اصلی مورد استفاده قرار می گیرد، نشان می دهد. از آنجا که چندین حالت تشخیص مورد نیاز است، استفاده از چند حالت برای تحقیقات در مورد بیماری عصبی پیشنهاد شده است.
برای اطلاعات بیشتر به موسسه سلامت مغز دانا مراجعه کنید.
منبع:
Lassonade M. et al. (2017). The Challenge of Neurodegenerative Diseases in an Aging Population. https://royalsociety.org/-/media/about-us/international/g-science-statements/2017-may-aging-population.pdf?la=en-GB&hash=C665B04DAB77DE2C053D8F51E61E4379
EU Joint Programme – Neurodegenerative Disease Research. (2019). Why Choose Neurodegenerative Diseases? https://www.neurodegenerationresearch.eu/about/why/
Sullivan T. (2019). A Tough Road: Cost to Develop One New Drug is $2.6 Billion; Approval Rate for Drugs Entering Clinical Development is less than 12%. https://www.policymed.com/2014/12/a-tough-road-cost-to-develop-one-new-drug-is-26-billion-approval-rate-for-drugs-entering-clinical-de.html
Nakamura M. (2012). Real-Time Quaking Induced Conversion Assay for Prion Seeding. BMG Labtech. https://www.bmglabtech.com/real-time-quaking-induced-conversion-assay-for-prion-seeding/
McGuire et al. (2016) Cerebrospinal fluid real-time quaking-induced conversion is a robust and reliable test for sporadic creutzfeldt-jakob disease: An international study. Ann Neurol. 2016 Jul;80(1):160-5. doi: 10.1002/ana.24679. Epub 2016 Jun 1. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4982084/
Kumar M et al. (2017) Monitoring Early-Stage Protein Aggregation by an Aggregation-Induced Emission Fluorogen. Anal. Chem. 2017, 89, 17, 9322-9329. https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.analchem.7b02090
Krasil’nikova et al. 2019. Insulin Protects Cortical Neurons Against Glutamate Excitotoxicity Front. Neurosci., 24 September 2019. https://doi.org/10.3389/fnins.2019.01027
Ooi J et al. 2015. Inhibition of Excessive Monoamine Oxidase A/B Activity Protects Against Stress-induced Neuronal Death in Huntington Disease. Mol Neurobiol. 2015; 52(3): 1850–1861. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4586002/
Paliga D et al. (2019). Lethal Factor Domain-Mediated Delivery of Nurr1 Transcription Factor Enhances Tyrosine Hydroxylase Activity and Protects from Neurotoxin-Induced Degeneration of Dopaminergic Cells Mol Neurobiol. 2019; 56(5): 3393–3403. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6476859/
Ferguson R et al. (2016) PA6 Stromal Cell Co-Culture Enhances SH-SY5Y and VSC4.1 Neuroblastoma Differentiation to Mature Phenotypes. PLoS One. 2016; 11(7): e0159051. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4938384/
Gyengesi et al. (2019) Chronic Microglial Activation in the GFAP-IL6 Mouse Contributes to Age-Dependent Cerebellar Volume Loss and Impairment in Motor Function. Front. Neurosci., 03 April 2019. https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fnins.2019.00303/full
درباره نویسنده
دکتر علی محمد کمالی فارغ التحصیل دکترای تخصصی علوم اعصاب از دانشگاه علوم پزشکی شیراز، بیش از 15 سال است که در زمینه پژوهش، تدریس و فعالیت های اجرایی در حوزه علوم اعصاب فعالیت و تجربه دارد. وی همچنین در ارتقا عملکرد های شناختی با استفاده از نوروتکنولوژی و مطالعات خواب تخصص ویژه ای دارد. او یکی از بنیانگذاران انستیتو سلامت مغز دانا است، (گروهی که سلامت مغز را اولویت جامعه می داند).