Aptamer-tillämpningar i neurovetenskap del 2

En annan signalsubstans, serotonin, spelar en roll i neuromodulerande aktiviteter som påverkar sömn, aggression, aptit och sexuell aktivitet. Det produceras i olika kroppsdelar, såsom hjärnan, ryggmärgen, blodplättarna och tarmen [81–84].

Serotonin är en signalsubstans som spelar en viktig roll för människors fysiska och mentala hälsa. I människokroppen reglerar serotonin humör, kontrollerar aptit och sömn, och främjar känslor av fysisk njutning och välbefinnande. Men serotonin spelar också en viktig roll för att påverka minnet.

Forskning har funnit att serotonin kan främja minnesförbättring genom att reglera signalering mellan neuroner. När människor är positivt stimulerade frisätter kroppen serotonin, som hjälper till att stärka förbindelserna mellan neuroner och förbättrar minneseffektiviteten. Serotonin kan också göra människor mer kreativa, förbättra mental smidighet och hjälpa människor att lära sig och tänka snabbare.

Dessutom kan serotonin hjälpa till att minska symtom på ångest och depression, humörproblem som kan påverka människors koncentration och minne negativt. Ett glatt humör och ett mentalt tillstånd kan ofta främja människors igenkänning och inlärningsförmåga av nya saker.

Sammanfattningsvis spelar serotonin en oumbärlig roll i vår fysiska och mentala hälsa inlärning och minne. Vi kan öka frisättningen av serotonin och [förbättra minnet] genom att ändra våra matvanor, mängd motion, inlärningsmetoder etc., odla en positiv och hälsosam mentalitet och ständigt utmana oss själva att kontinuerligt främja minnesförbättringen. Det kan ses att vi behöver förbättra minnet, och Cistanche deserticola kan förbättra minnet avsevärt, eftersom Cistanche deserticola har antioxidant-, anti-inflammatoriska och anti-aging-effekter, vilket kan hjälpa till att minska oxidation och inflammatoriska reaktioner i hjärnan och därigenom skydda nervsystemets hälsa. Dessutom kan Cistanche deserticola också främja tillväxt och reparation av nervceller, vilket förbättrar anslutningen och funktionen hos neurala nätverk. Dessa effekter kan hjälpa till att förbättra minnet, inlärnings- och tankehastigheten och kan också förhindra utvecklingen av kognitiv dysfunktion och neurodegenerativa sjukdomar.

Klicka på vet kosttillskott för att öka minnet

Obalanser av perifera apparaterserotoninnivåer har kopplats till flera sjukdomstillstånd, inklusive högt blodtryck, njursjukdom och depression. Att använda serotonin för att förutsäga sjukdomstillståndet och för att initiera korrekt behandling har således klinisk betydelse.

En plasmonisk analys för serotonin utvecklades med ett aptamer-AuNP-konjugat för vilket aggregeringen förändras i närvaro av serotonin. Förändringen i partikelaggregation kan mätas som en förskjutning i absorptionens toppvåglängd.

Analysen visade ett specifikt svar på serotonin och gav ingen statistiskt signifikant signal med dess metaboliter, 5-hydroxiindolättiksyra(5-HIAA), epinefrin eller noradrenalin när var och en testades vid 1 µM.

Fetalt bovineserum, som en efterlikning av humant serum, initierade inte heller någon signal [85]. Nyligen har implanterbara aptamer-field-effect transistor (FET) neuroprober utvecklats för att övervakaerotoninnivåer i hjärnvävnad. Ultratunna In2O3-ytor av FET:er i nanoskala modifierades med aptamerer och dessa neuroprober möjliggjorde för fM serotonin detektionsgränser in vivo med minimal bioförorening [86].

Med ytterligare neuroprober kommer spatiotemporala registreringar av neuralaktivitet att vara möjliga så att hjärnans funktioner kan förstås på en mycket djupare nivå. Adrenalin är en katekolamin neurotransmittor med ett brett utbud av fysiologiska funktioner för vilka onormala nivåer kan orsaka hälsoproblem som arytmi, hjärtinfarkt, blod tryckökning och lungödem.

Det är viktigt att kvantifiera cirkulerande adrenalin för att observera dessa relaterade sjukdomstillstånd. Med detta syfte utvecklades en kolorimetrisk detektionsmetod, baserad på interaktionen av adrenalin med aptamerfunktionaliserad Au-NP. Systemet är billigare och mer specifikt än andra tekniker för att kvantifiera adrenalin, såsom genom vätskekromatografi och spektrofotometri.

Dessutom bestämdes en detektionsgräns på 0,9 nM med UV-synlig spektroskopi, vilket är den lägsta detektionsgräns som registrerats för adrenalin med någon kolorimetrisk metod. Analoger av epinefrin, 3,4-dihydroxifenylättiksyra (DOPAC),tryptofan, askorbinsyra, dopamin, tyrosin och homovanillinsyra, visade mycket lite eller inget svar, vilket indikerar en hög specificitet för aptasensorn [87].

En förändring i nivån av en enskild signalsubstans kan indikera någon av flera sjukdomar, vilket gör det mycket osannolikt att en sjukdomsdiagnos kan uppnås baserat på en mätning av en enskild signalsubstans. Därför kommer förmågan hos de flesta aptasensorer att integreras i en multiplexplattform att resultera i diagnostiska verktyg bättre lämpade för kliniker och med potential att stödja mer exakta sjukdomsidentifieringar.

2.3. Detektion av biomarkörer
En biomarkör är varje ämne, struktur eller process i kroppen som antingen resulterar i ett resultat eller indikerar närvaron av en specifik sjukdom. Många biomarkörer är ämnen som kan mätas i biovätskor som blod, saliv och urin.

Huvudproblemet med karakterisering av biomarkörer för neurologiska sjukdomar är blod-hjärnbarriären (BBB) ​​genom vilken många molekyler, inklusive många proteiner, inte kan passera. Även om proteiner är de dominerande biomarkörerna för vissa sjukdomar, är det mer sannolikt att små peptider, såsom neuropeptid Y eller fragment av proteiner, passerar genom BBB och upptäcks i cirkulationen.

Metaboliter är en annan viktig grupp av biomarkörer för neurologiska störningar.NeoVentures Biotechnology Inc. har utvecklat en metod för val av aptamer som kallas FRELEX, som tillåter val av aptamerer baserat på konkurrens mellan en kortoligonukleotid fäst vid en yta och målet. Liksom för cell-SELEX och andra former av strukturbytande SELEX, kan detta protokoll utföras med ett prov som innehåller en blandning av komponenter utan förkunskaper om det eller de mål som aptamererna kommer att väljas till.

Med dessa former av SELEX utförs motval med särskilda underuppsättningar av komponenter för att driva urvalet av aptamerer som uppfyller de önskade specificiteterna. Med hjälp av FRELEX valdes aptamerer ut mot serum från transgena möss som överuttryckte det humana tau-proteinet.

För att driva aptamer-selektion mot humant tau och konsekvenserna av tau-överuttryck, användes serum från vildtypsmöss i motselektionen. Gruppen identifierade de berikade aptamersekvenserna med hjälp av NGS och karakteriserade vissa aptamerer för transgena möss i sent skede och vildtypsmöss genom att jämföra deras relativa mängder.

De antog att skillnaden i överflöd återspeglar deras respektive koncentration av epitoperna (ökad som svar på tau-överuttryck) som aptamererna kan interagera med [29].

3. Diagnostiska och terapeutiska tillämpningar

Neurodegenerativa sjukdomar (ND) involverar degenerering av nervceller i hjärnan som resulterar i förlust av strukturer och funktioner i det centrala nervsystemet. ND kan orsakas av åldrande, genetiska och miljöfaktorer.

Demens är en av de vanligaste åldersrelaterade sjukdomarna liksom Alzheimers sjukdom (AD). Parkinsons sjukdom (PD) kan bero på genetiska mutationer och/eller miljögifter. Amyotrofisk lateralskleros (ALS), multipel skleros (MS), Huntingtons sjukdom (HD) och prionsjukdomar är andra vanliga ND med genetiska kopplingar.

Tyvärr finns varken effektiva botemedel eller tidiga upptäcktsstrategier tillgängliga för dessa sjukdomar. Liksom de allmänt använda antikropparna har aptamerer blivit attraktiva medel att tillämpa för att utveckla nya biosensorer för tidig diagnos av ND och bota dessa sjukdomar [88].

3.1. Alzheimers sjukdom

Som en åldersrelaterad progressiv hjärnsjukdom som leder till mentala brister är AD den vanligaste formen av demens. Dess patologi kännetecknas av aggregeringen av amyloid-(A) som härrör från amyloidprekursorproteinet (APP) och initieras i hjärnregionen av hippocampus.

Även om forskare antog att A-inducerad neurotoxicitet var korrelerad med olösliga A-plack (AP) och fibriller (AF), tyder nyligen på att lösliga A-oligomerer (AO) också är associerade med AD-debut.
Därför har AO identifierats som en attraktiv biomarkör för tidig diagnos av AD, och A och tau anses vara betydande terapeutiska mål för behandling av AD [89].

3.1.1. AD-diagnostik

Tidiga beskrivna aptamerer mot AO hade låg affinitet och specificitet, men senare studier var mer framgångsrika för att identifiera aptamerer som selektivt kände igen fibriller av en 40-restform av A (A 40) men inte A 40-polymerer [90].

Emellertid saknade aptamererna hög specificitet för A40-fibriller jämfört med fibrillerna hos flera andra amyloidogena proteiner som testades. En DNA-aptamer vald för att interagera med -synuklein (-syn) oligomer med 68-nM affinitet visade sig också binda AO med 25-nM affinitet [91]. Under 2019, med användning av samma aptamerer som erhållits av Tsukakoshi et al., utvecklades en etikettfri elektrokemisk aptasensor för mer specifik igenkänning av AO [92].

Aptameren självmonterar gamla stavelektroder via tiol (-S) interaktion och systemet har en detektionsgräns på 30 ppm, bestämt av EIS. Detta var den första aptasensorn som framgångsrikt användes för att övervaka A-proteinaggregation baserad på EIS, vilket var möjligt på grund av aptamerens höga selektivitet bland A-arter. Med enkel tillverkning och effektiv regenerering kan denna aptasensor vara ett lovande diagnostiskt verktyg för tidig upptäckt av AD och för att demonstrera A-proteinackumulering [92].

En aptasensor för att detektera A-oligomerer utvecklades med användning av -syn DNA-aptamer [91] i komplex med metylenblått (MB) och fäst till nanoporös anodikalumina. Den höga absorptionskoefficienten för MB för vitt ljus resulterade i en låg intensitet av reflekterat vitt ljus.

I närvaro av A-oligomerer dissocierade aptamer/MB-komplexet och ökningen av reflekterat ljus detekterades med interferometrisk reflektansspektroskopi (IRS) [93]. Aptasensorn hade en detektionsgräns på 8 pM och ett bra svar på A-oligomererna, i koncentrationsintervallet från 0,5 till 50 nM. Neurofibrillära trassel (NFT) är patologiska kännetecken för AD.

Bildandet av NFTs initieras i hippocampus och omfattningen av NFT-bildning är associerad med svårighetsgraden av demens vid AD. Hyperfosforylering av det mikrotubuli-associerade proteinet, tau främjar dess förmåga att rekrytera och organisera normal tau till filament, som blir NFT. Således föreslås hyperfosforylering av tau som en av huvudorsakerna till AD.

Utöver dess normala roller för att främja mikrotubulisammansättning och stabilisering av de sammansatta mikrotubuli, observerades tau genom icke-jämviktskapillärelektrofores (CE) för att binda tre slumpmässigt utvalda ssDNA-oligonukleotider, varav en, ssDNA1, bunden till tau381 med hög{ affinitet (Kd) 3}} nM) [94].

En aptamer/antibodysandwich-analys utvecklades med användning av ssDNA1 för att detektera femtomolära koncentrationer av protein i human plasma genom ytplasmonresonans (SPR) [95].

I en annan studie valdes DNA-aptamerer ut mot hela tau-proteinet på 441 aminosyror (tau441) genom en snabb selektionsteknik baserad på kapillärelektroforesuppdelning med tre selektionsomgångar genomförda på en enda dag. Fem aptamerer valda från sekvenseringsresultaten med hög genomströmning utvärderades av SPR för deras tau-igenkänningsförmåga.

Den analytiska potentialen för aptameren med högre affinitet demonstrerades genom en anisotropianalys med homogen fasfluorescens. Denna högaffinitetsaptamer band tau441-protein och de kortare isoformerna, tau352, tau381 och tau383 med detektionsgränser på 28 nM, 6,3 nM, 3,2 nM respektive 22 nM i denna analys [96].

3.1.2. AD Terapi

Som en av de potentiella terapierna valdes RNA-aptamerer ut för att hämma A40-aggregation. Under urvalet konjugerades en A-oligomer till guldnanopartiklar (A-AuNPs) och två aptamerer identifierades som aptamer-kandidater efter SELEX.

The Kids of the 10–20 nM. Dessa aptamerer inhiberade A-plack och fibrillbildning, vilket avslöjades av transmissionselektronmikroskopi och en A 40 enzymkopplad immunosorbentanalys (ELISA) [97].

Alkoholdehydrogenas (ABAD) lockbetepeptid (DP), som interagerar med A , antagoniserar A-peptidens cytotoxicitet. ABAD-DP-sekvensen infogades mellan tvåtioler som bildar en disulfidbindning i tioredoxin (TRX) för att skapa TRX1-ABAD-DP-TRX2-peptidaptameren. Dess stabila uttryck i NIH 3T3-celler med användning av adenoassocierade virus verifierades med immunfluorescerande färgning.

Den uttryckta aptameren kunde binda A-peptiden och förbättra cellviabiliteten. Denna undersökning bekräftade den effektiva hämningen av den cytotoxiska effekten av A-peptid av peptidaptamerer [98]. Tau-proteiner associerar normalt med och stabiliserar mikrotubuli, men deras hyperfosforylering kan resultera i proteinaggregat som kallas "tauopati", vilket är giftigt.

DNA-aptamer Tau-1, som valdes mot human tau441, hämmar Tau1-oligomerisering in vitro [99]. Denna hämning validerades också i cellkulturstudier med HEK293-celler [100]. Beta-sekretas (BACE1) har en roll i A-produktion, och hämning av BACE1-uttryck är dödlig hos möss. Behandling för AD kan involvera BACE1-modulering.

Men dess stora aktiva plats gör BACE1 till ett utmanande mål för hämmare av små molekyler. För att kringgå detta kan nukleinsyraaptamerer vara nya verktyg för att hämma BACE1-aktivitet. Detta enzym har en cytoplasmatisk svans, B1-CT, som fungerar som ett dockningsställe för proteiner som kopparchaperonen för superoxiddismutas-1 (CCS) och ADP-ribosyleringsfaktorbindande (GGA1)-protein.

Den fysiologiska rollen för B1-CT är i stort sett okänd. RNA aptamerstargeting B1-CT band den membranproximala halvan av C-terminalen av BACE1 förhindrade CCS-rekrytering samtidigt som det tillät GGA1-bindning till BACE1 och reglerade BACE1-transport till återvinningsendosomer [101].

För att specifikt rikta BACE1 genererades DNA-aptamererna, BI1 och BI2, mot BACE1, som hämmade BACE1 men varken alfa- eller gamma-sekretas. Med hjälp av en stabilt transfekterad HEK293-cellinje uttryckte de amyloidproteinprekursorn (APP) och med en in vitro fluorescensresonansenergiöverföringsanalys (FRET) visade de att A-nivån reducerades och cellulär brist räddades i en primärodlad neuronalcelllinje [102]. Aptamereffektiviteten förbättrades ytterligare genom tillsats av kolesteryltetra-etylenglykol (TEG).

3.2. Parkinsons sjukdom

Parkinsons sjukdom (PD) är den näst vanligaste neurodegenerativa sjukdomen, som drabbar cirka sju miljoner människor globalt. Även om den är en progressiv sjukdom som kännetecknas av motoriska och icke-motoriska egenskaper, har den betydande kliniska effekter på patienter på grund av deras förlust av rörlighet och muskelkontroll.

Förlust av striatala dopaminerga neuroner och neuronal förlust i icke-dopaminerga områden karakteriserar PD. Förlust av neuroner är i allmänhet associerad med karakteristisk Lewy-kroppsbildning. Således anses närvaron av Lewy-kroppar innehållande -syn-oligomerer i hjärnan vara ett möjligt terapeutiskt och diagnostiskt mål för PD.

3.2.1. PD-diagnostik

Den första aptameren, "M5-15", vald mot -syn saknade specificitet för oligomerer och kunde också binda till -syn-monomerer [103]. DNA-aptamerer, som sedan selekterades, visades interagera med -syn-oligomerer och inte -syn-monomerer men binder A 1-40-oligomerer.

Utredarna undersökte också aptamerens specificitet för -syn-oligomerer jämfört med andra proteiner med strukturer som övervägande är -sheet, såsom -sheet propellerstrukturen av pyrrolokinolinkininglukosdehydrogenas (PQQH), och visade att aptameren inte binder PQQH [91]. av aptasensorer har rapporterats vara kapabla att kvantifiera -synoligomerer.

En kolorimetrisk aptasensor, som använder en DNA-aptamer mot -synoligomeren, adsorberades till guldnanopartiklar (AuNP), vilket förhindrade saltinducerad aggregering av nanopartiklarna. Dess bindning till -syn-oligomeren förhindrar absorptionen av aptamer på ytan av AuNPs, vilket gör att aggregationen av AuNPs kan utlösas i höga saltkoncentrationer och resulterar i en färgförändring.

Detta system rapporterades med en LoD på 10 nM. Serum (även vid 2%) bidrog dock till att absorbera föreningar inom området för färgförändring i analysen och störde den saltberoende aggregationen av aptamer-Au-NP.

Aptasensorer som använde EIS och SPR var mer känsliga, med LoDs på 1 pM respektive 8 pM [104]. En EIS-aptasensor befanns mycket specifik för oligomerer över monomerer och inte påverkad av närvaron av serum [104]. En utarbetad design för en elektrokemisk aptasensor för att detektera -syn-oligomer involverade en hybrid bildad av den komplementära sekvensen till en -syn-oligomer aptamer kopplad till en guldyta genom en tiolbindning och inkluderade terminalt deoxinukleotidyltransferas (TdT) och dTTP för att förlänga aptamerens 30 ändar och dess komplettera med ytterligare polyp.

Det utökade ssDNA:t band metylenblått och främjade dess association med guldytan, och skapade därigenom en elektrokemisk signal. Dessutom innehöll systemet exonukleas I (Exo I), som är specifikt för ssDNA. När aptameren avlägsnades från det binära komplexet med dess komplement genom dess bindning till -syn-oligomeren, digererades de komplementära strängarna av Exo I, vilket förhindrade ackumulering av metylenblått vid guldytan och minskade således den elektrokemiska signalen.

Detektionsgränsen var 10 PM (S/N=3) och återvinning av signalen i närvaro av 10 % och lägre koncentrationer av serum var mycket acceptabla 95,3–107 % [105]. Dess komplexitet och inkorporeringen av enzymer gör dock att detta system är mindre troligt att vara stabilt för lagring och reproducerbart i fält. En kombination av kapillärelektrofores-masspektrometri (CE-MS) med fastfasextraktion (SPE) för att förkoncentrera målet med en aptamer-modifierad mikropatron i en stor volym injicerade prover minskade detektionsgränsen 100-faldigt jämfört med CE-MS-system.

I detta nya system rengörs provet och volymen minimeras för förbättrad analys genom användning av en mikropatron som selektivt håller kvar målet. En aptamer affinitet (AA) sorbent i patronen visade sig vara ett överlägset alternativ till en antikropp -baserad immunoaffinitet (IA) sorbent som bakgrundselektrolyter som krävs för att skölja systemet denaturerar också antikropparna.

Utvecklingen av en AA-SPE-CE-MS uppnåddes genom att modifiera mikropatronen med M5-15 DNA-aptamer. Systemet visade en LoD på 2,8 nM och hade ett linjärt detektionsområde mellan 7 och 140 nM av -syn i blodprovet.

Identifiering av fria och N-acetylerade -syn-proteoformer var också möjlig som ett resultat av den mycket exakta massdetekteringen och upplösningsförmågan hos MS. Slutligen befanns mikropatronen vara stabil även med surt BGE och kunde användas för cirka 20 analyser med en låg chans för felaktig kvantifiering av målet [106].

For more information:1950477648nn@gmail.com