Фуллерены могут помочь от болезни Альцгеймера

20 октября 2019

Группа исследователей из Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН открыла новое свойство фуллерена С₆₀, которое поможет в лечении болезни Альцгеймера. Соединение связывается с наиболее токсичным белком и препятствует образованию амилоидных агрегатов in vitro. Результаты работы представлены в журнале «Colloids and surfaces b: biointerfaces».

Амилоидные бляшки

Амилоидозы – это группа неизлечимых заболеваний. Их главный признак – формирований и накопление в разных органах и тканях амилоидных агрегатов. Все эти отложения состоят из белков или их фрагментов – пептидов. Эти белки и пептиды в нормальных условиях не образуются либо выполняют какую-то важную функцию, не связанную с патологиями. Но случается, что по не выясненным пока причинам они начинают вести себя нетривиально, в частности, образовывают неправильные структуры – амилоидные агрегаты. Эти отложения оказывают токсическое действие на окружающие клетки организма, вызывая их гибель. У каждого заболевания разные белки предшествуют образованию амилоидов. При болезни Альцгеймера патологические процессы протекают в головном мозге, где синтезируется большое количество Aβ-пептидов (1-40 и 1-42).

Эти пептиды начинают слипаться, образуя амилоидные бляшки – наиболее крупные отложения. Промежуточные формы агрегатов этих пептидов, или, по-научному, олигомеры фактически уничтожают клетки мозга. У больного это проявляется в постепенном снижении памяти и умственной работоспособности вплоть до полного распада личности.

Исследователи давно пытаются найти возможность повлиять на процесс образования и накопления амилоидных агрегатов.

Группа ученых из Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН совместно с коллегами из Института проблем химической физики РАН выбрала стратегию, направленную на снижение степени токсичности определенных амилоидов для клеток мозга. Мишенью стал амилоидный бета пептид (фрагмент 1-42) – Aβ-(1-42)-пептид, который образуется при болезни Альцгеймера и, по результатам многих исследований, является наиболее опасным.

Комментирует первый автор статьи, старший научный сотрудник ИТЭБ РАН Александр Бобылев:

«Мы провели скрининг большого количества различных соединений, но наиболее эффективно себя показали производные фуллерена С₆₀.Это уникальное по своей природе соединение, состоящее из атомов углерода. Его молекула по форме напоминает футбольный мяч, поскольку представляет собой сферу, в которую включены построенные из атомов углерода пятиугольные и шестиугольные многогранники. Мы выбрали это соединение потому, что оно способно in vitro связываться с Aβ-(1-42)-пептидами и препятствовать дальнейшей агрегации последнего».

Основной проблемой, с которой столкнулись ученые при исследовании этого фуллерена, оказалась его низкая растворимость для целей биомедицины. Но при участии коллег из Института проблем химической физики РАН исследователям все же удалось получить 3 производных фуллерена С₆₀, названные соединениями соответственно 1, 2 и 3, которые обладали очень высокой растворимостью, крайне низкой токсичностью и сильным антиамилоидным эффектом. Исследования in vitro показали способность новых производных фуллерена препятствовать агрегации Aβ-(1-42)-пептида. Они связывались с пептидом и не давали ему формировать зрелые амилоидные фибриллы, аналогичные тем, которые встречаются в амилоидных отложениях в мозге больных болезнью Альцгеймера.

В экспериментах на клетках мозга крыс было показано, что все три изученных производных фуллерена С₆₀ подавляют токсичность наиболее опасных промежуточных продуктов агрегации олигомеров Aβ-(1-42)-пептида.

При этом сами они практически безвредны. Соединение 3, которое ученые признали наиболее перспективным, оказалось в 4 раза менее токсичным, чем привычный всем аспирин.

«Конечно, данное исследование — лишь начало долгого пути испытания новых соединений в качестве кандидатов на роль препаратов для лечения болезни Альцгеймера. Да и само заболевание очень сложное, не до конца изученное и имеющее ряд других патологических признаков, на которые также следует обращать внимание при разработке терапевтических средств. Но уже сейчас полученные нами результаты позволяют надеяться на то, что данные соединения найдут применение в терапии амилоидозов, и, в частности, болезни Альцгеймера», – отмечает Александр Бобылев.

Текст: ИТЭБ РАН