Fenotypy neurologiczne indukowane przez białko szczytowe SARS-CoV-2 w neuronach

W najnowszym badaniu zamieszczonym na serwerze preprintów bioRxiv* naukowcy badali związek pomiędzy białkiem kolcowym ciężkiego ostrego zespołu oddechowego koronawirusa 2 (SARS-CoV-2) a aktywnością burstów w neuronach. Podstawowymi elementami struktury SARS-CoV-2 są białka otoczki (E), kolca (S), błony (M) i nukleokapsydu (N). Badania te koncentrują się na wpływie białka S. Białko S ułatwia przyłączenie się wirusa i wejście do komórki gospodarza. Podjednostka S1 oddziałuje z receptorem konwertazy angiotensyny 2 (ACE2) obecnym w komórkach jelit i płuc. W mózgu, ACE2 ulega ekspresji głównie w pniu mózgu i regionach, których podstawową funkcją jest regulacja ciśnienia krwi i funkcji układu krążenia. Chociaż objawy neurologiczne zostały udokumentowane u niektórych, nie wszystkich, pacjentów z chorobą koronawirusową 2019 (COVID-19), dokładny mechanizm, w którym wirusy wpływają na komórki neuronalne, jest nadal nieznany, a zatem jest przedmiotem badań. W obecnym badaniu badacze określili ilościowo fenotypy neurologiczne indukowane w neuronach przez białko SARS-CoV-2 S. W tym badaniu podjednostki S1 i S2 białka kolcowego były oceniane oddzielnie, aby określić, czy wywoływały jakiekolwiek fenotypy neurologiczne oceniane przez tablice mikroelektrod (MEAs). W dniu zerowym neurony uzyskane od nowonarodzonych myszy P1 poddano działaniu rekombinowanego białka SARS-CoV-2 S oraz podjednostek S1 i S2 kolca. Zespół ocenił dane za pomocą algorytmu opracowanego we własnym zakresie. Określono również ilościowo takie cechy jak liczba burstów na elektrodę, ich czas trwania, częstotliwość oraz liczbę spajków na burst w zależności od warunków leczenia. Zespół ustalił również, czy podjednostka S1 wpływa na dojrzałe neurony podczas ekspozycji komórek. Neurony były traktowane podobnymi stężeniami S1 w dniu 12. Następnie przeprowadzono ekspozycję na to samo stężenie S1 przez siedem kolejnych dni. Następnie zespół przeprowadził eksperyment ratunkowy, aby upewnić się, czy ten fenotyp neuronów jest odwracalny. Przed podaniem S1 do neuronów w dniu zerowym pobrano próbki ludzkiego monoklonalnego przeciwciała anty-S1 i zneutralizowano je za pomocą przeciwciała. Aby przetestować hipotezę, że domena wiążąca receptor S1 (RBD) może być przyczyną redukcji burstu, zespół zebrał i ocenił oczyszczony rekombinowany RBD. W badaniu zidentyfikowano liczbę impulsów na elektrodę jako najbardziej widoczną cechę, która odróżniała dołki poddane działaniu białka kolcowego od dołków kontrolnych. Podjednostka S1 znacząco obniżyła liczbę wybuchów na elektrodę, podczas gdy podjednostka S2 nie wykazała tego samego stopnia redukcji. Badanie sugerowało, że S1 jest odpowiedzialna za zmniejszenie aktywności burstów w populacjach neuronów, gdy komórki są wystawione na działanie we wczesnym okresie rozwoju. Nie było jednak zauważalnej różnicy w aktywności burstów między studzienkami poddanymi działaniu S1 a studzienkami kontrolnymi. Dlatego dane wskazywały, że podjednostka S1 wpływała na neurony tylko wtedy, gdy komórki były eksponowane w najwcześniejszych etapach rozwoju. S1 neutralizowany przez przeciwciała nie spowodował znaczącego spadku aktywności burstów w porównaniu z kontrolą, podczas gdy konwencjonalne leczenie S1 w dniu zerowym zmniejszyło aktywność burstów. Dane, jak również wartości p sugerowały, że przeciwciało anty-S1 odwróciło wpływ S1 na aktywność pękania. Ogólnie rzecz biorąc, eksperyment ratunkowy dostarczył przekonujących dowodów, że S1 był w stanie stłumić aktywność burstów, gdy był wystawiony na działanie komórek we wczesnym etapie ich rozwoju. Porównywalnie do danych S1, zespół zidentyfikował znaczące zmniejszenie aktywności surge. Wynik ten silnie sugeruje, że sam RBD jest wystarczający do tłumienia aktywności surge. Wyniki badania wykazały związek przyczynowy między białkiem SARS-CoV-2 S1 a tendencjami do burstu in-vitro w populacjach neuronów, które mogą być odwrócone przez leczenie przeciwciałami. W badaniu zauważono również, że RBD może być odpowiedzialne za tłumienie sygnałów neuronalnych. Badanie to wskazało również, że neutralizacja S1 przywraca aktywność wyładowań neuronalnych do poziomów kontrolnych. Ponadto, eksperyment ratunkowy z użyciem przeciwciał potwierdził rolę S1 w tłumieniu aktywności wyładowań i podkreślił ochronną funkcję przeciwciał anty-S1, jak również znaczenie RBD w modulacji fenotypów neuronów. Naukowcy uważają, że wyniki badań zapewniają nowy wgląd w aktywność białek S SARS-CoV-2 poza ich dobrze poznanymi funkcjami w przyłączaniu i wnikaniu wirusa. Odkrycie to może rzucić światło na kluczowe aspekty infekcji SARS-CoV-2, metody opieki nad pacjentami oraz przyszłe opracowania szczepionek i leków przeciwwirusowych.

Nowatorski żel daje nadzieję pacjentom z glejakiem wielopostaciowym

Leki dostarczane przez nowatorski żel wyleczyły 100% myszy z agresywnym rakiem mózgu, co jest uderzającym wynikiem, który oferuje nową nadzieję dla pacjentów zdiagnozowanych z glejakiem, jednym z najbardziej śmiertelnych i najczęściej występujących guzów mózgu u ludzi. "Pomimo ostatnich postępów technologicznych, istnieje ogromna potrzeba nowych strategii leczenia" - powiedział Honggang Cui, inżynier chemiczny i biomolekularny z Johns Hopkins University, który kierował badaniami. "Myślimy, że ten hydrożel będzie przyszłością i uzupełni obecne metody leczenia raka mózgu". Zespół Cui połączył lek przeciwnowotworowy i przeciwciało w roztworze, który sam składa się w żel, aby wypełnić maleńkie rowki pozostałe po chirurgicznym usunięciu guza mózgu. Żel może dotrzeć do miejsc, które chirurgia może pominąć, a obecne leki mają trudności z dotarciem, aby zabić pozostałe komórki rakowe i zahamować wzrost guza. Wyniki zostały opublikowane dzisiaj w Proceedings of the National Academy of Sciences. Żel wydaje się również wyzwalać odpowiedź immunologiczną, którą organizm myszy z trudem aktywuje samodzielnie podczas walki z glejakiem. Kiedy badacze ponownie podali ocalałym myszom nowy guz glejaka, ich układy odpornościowe same pokonały raka bez dodatkowych leków. Żel wydaje się nie tylko odpierać raka, ale także pomagać w przestawieniu układu odpornościowego tak, by zniechęcał do nawrotów dzięki pamięci immunologicznej - stwierdzili badacze. Nadal, chirurgia jest niezbędna dla tego podejścia, naukowcy powiedzieli. Zastosowanie żelu bezpośrednio w mózgu bez chirurgicznego usunięcia guza spowodowało 50% wskaźnik przeżycia. Operacja prawdopodobnie łagodzi niektóre z tych nacisków i pozwala na więcej czasu dla żelu, aby aktywować układ odpornościowy do zwalczania komórek nowotworowych." Honggang Cui, inżynier chemiczny i biomolekularny, Johns Hopkins University Rozwiązanie żelowe składa się z nano-wielkich filamentów wykonanych z paklitakselu, zatwierdzonego przez FDA leku na raka piersi, płuc i innych nowotworów. Włókna stanowią nośnik dla przeciwciała o nazwie aCD47. Dzięki równomiernemu pokryciu jamy guza, żel uwalnia lek w sposób stały przez kilka tygodni, a jego aktywne składniki pozostają w pobliżu miejsca wstrzyknięcia. Używając tego specyficznego przeciwciała, zespół próbuje pokonać jedną z najtrudniejszych przeszkód w badaniach nad glejakiem. Celuje ono w makrofagi, rodzaj komórek, które czasami wspierają odporność, ale innym razem chronią komórki nowotworowe, umożliwiając agresywny wzrost guza. Jedną z najlepszych terapii glejaka jest płytka opracowana w latach 90. przez zespół badaczy z Johns Hopkins i Massachusetts Institute of Technology, znana pod nazwą Gliadel. Jest to zatwierdzony przez FDA biodegradowalny polimer, który dostarcza również leki do mózgu po chirurgicznym usunięciu guza. Gliadel wykazywał znaczące wskaźniki przeżycia w eksperymentach laboratoryjnych, ale wyniki osiągnięte dzięki nowemu żelowi są jednymi z najbardziej imponujących, jakie widział zespół Johns Hopkins, powiedziała Betty Tyler, współautorka i profesor nadzwyczajny neurochirurgii w Johns Hopkins School of Medicine, która odegrała kluczową rolę w rozwoju Gliadelu. "Zazwyczaj nie widzimy 100% przeżycia w mysich modelach tej choroby" - powiedziała Tyler. "Myślenie, że istnieje potencjał dla tej nowej kombinacji hydrożelu, aby zmienić tę krzywą przeżycia dla pacjentów z glejakiem jest bardzo ekscytujące". Nowy żel daje nadzieję na przyszłe leczenie glejaka, ponieważ integruje leki przeciwnowotworowe i przeciwciała, kombinację terapii, o której badacze mówią, że jest trudna do jednoczesnego podawania ze względu na skład molekularny składników. "Ten hydrożel łączy zarówno chemioterapię, jak i immunoterapię wewnątrzczaszkowo" - powiedział Tyler. "Żel jest wszczepiany w momencie resekcji guza, co sprawia, że działa naprawdę dobrze". Współautor Johns Hopkins, Henry Brem, który współtworzył Gliadel oprócz innych terapii guza mózgu będących obecnie w badaniach klinicznych, podkreślił wyzwanie, jakim jest przełożenie wyników żelu w laboratorium na terapie o znaczącym wpływie klinicznym. "Wyzwaniem dla nas jest teraz przeniesienie ekscytującego zjawiska laboratoryjnego do badań klinicznych" - powiedział Brem, który jest neurochirurgiem naczelnym w Johns Hopkins Hospital. Inni autorzy Johns Hopkins to Feihu Wang, Qian Huang, Hao Su, Mingjiao Sun, Zeyu Wang, Ziqi Chen, Mengzhen Zheng, Rami W. Chakroun, Maya K. Monroe, Daiqing Chen, Zongyuan Wang, Noah Gorelick, Riccardo Serra, Han Wang, Yun Guan, Jung Soo Suk i Justin Hanes.