巴西和美國的研究人員已開發(fā)出一種名為FRW的分子，在用小鼠試驗時，它被證明能夠結(jié)合大腦中的血管，但在注入血液時不能與其他器官結(jié)合。他們利用這項技術(shù)制作了第一張完整的大腦血管系統(tǒng)圖譜，為阿爾茨海默氏癥和帕金森氏癥等疾病創(chuàng)造了新的診斷成像策略和治療方法鋪平了道路。

該研究得到了圣保羅研究基金會 - FAPESP的支持，由巴西圣保羅大學(xué)化學(xué)研究所(IQ-USP)教授，血管生物學(xué)實驗室負責(zé)人RicardoJoséGordoano領(lǐng)導(dǎo)。結(jié)果發(fā)表在美國國家科學(xué)院院刊(PNAS)上。

正如佐丹奴解釋的那樣，開發(fā)能夠結(jié)合大腦血管的藥物的主要障礙是血腦屏障，這是一種選擇性滲透的細胞邊界，可保護中樞神經(jīng)系統(tǒng)免受血液中潛在的有毒物質(zhì)的侵害。然而，該研究表明FRW與血腦屏障中的內(nèi)皮細胞連接精確結(jié)合。

因此，除了生成大腦血管系統(tǒng)的完整圖譜之外，新技術(shù)還可用于檢測血腦屏障中的間隙類型，這可能是阿爾茨海默氏癥和帕金森病等神經(jīng)退行性疾病的原因之一。

“從理論上講，如果FRW不與腦血管系統(tǒng)結(jié)合，則表明屏障受損，”佐丹奴說。

為了進行這項研究，研究人員使用了噬菌體庫，通常稱為噬菌體 - 感染細菌的病毒，可用于傳遞分子，因為它們對其他生物無害。

“文庫中的每個噬菌體都經(jīng)過基因工程改造，與原始病毒具有不同的表面肽[蛋白質(zhì)片段]。該肽帶有一種標記物，當(dāng)它與特定蛋白質(zhì)結(jié)合時被檢測到，無論是在腦血管中系統(tǒng)，在腫瘤，腎臟或生物體的其他區(qū)域，“佐丹奴說。

該技術(shù)被稱為噬菌體展示，并因其創(chuàng)作者George P. Smith和Gregory P. Winter獲得2018年諾貝爾化學(xué)獎。史密斯于1985年首次描述噬菌體展示。在接下來的十年中，該技術(shù)適用于Renata Pasqualini，一位在巴西出生的美國羅格斯大學(xué)研究員，也是PNAS文章的作者之一。

由佐丹奴領(lǐng)導(dǎo)的研究始于2011年，作為圣保羅研究基金會 - FAPESP向該文章第一作者Fenny Hui Fen Tang頒發(fā)科學(xué)啟動獎學(xué)金的項目的一部分。Tang繼續(xù)關(guān)注她的碩士研究興趣和她最近在IQ-USP完成的博士學(xué)位。

FAPESP還通過青年調(diào)查員補助金和常規(guī)研究補助金向佐丹奴提供資金。

為了得到該分子，研究人員給小鼠注射了一個包含100億個不同噬菌體的完整文庫。修飾的病毒在血流中循環(huán)，盡管大多數(shù)病毒被生物體消除，但一些病毒與不同器官和組織的血管系統(tǒng)結(jié)合，包括血腦屏障。

“選擇過程是由與腦血管系統(tǒng)最具親和力的多肽獲得的，因為它們成倍增加，”佐丹奴解釋說。從動物的大腦中取出這些噬菌體，并在細菌中培養(yǎng)，使它們成倍增加。將下一代噬菌體注射到其他小鼠中以增強選擇。三個周期后，大約3,000個噬菌體與大腦中的血管結(jié)合。

在與血腦屏障結(jié)合的3,000多種肽中，1,021含有三個氨基酸的序列：苯丙氨酸，精氨酸和色氨酸(FRW)。

“我們發(fā)現(xiàn)這個序列是大腦的血管標志物，因為它識別所有腦血管，”佐丹奴說。“然而，它不會與其他受到屏障保護的組織中的血管結(jié)合，例如結(jié)腸和睪丸中的血管。”

佐丹奴和他的團隊驚訝地發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)RW不會與視網(wǎng)膜中的血管結(jié)合，迄今為止被認為是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的延伸。

“保護視網(wǎng)膜血管的屏障被認為與血腦屏障非常相似甚至完全相同，但我們發(fā)現(xiàn)存在差異，至少在小鼠中，這要歸功于這種分子，”他說。僅這一發(fā)現(xiàn)將導(dǎo)致對血 - 視網(wǎng)膜屏障的更多研究。

合成分子

IQ-USP的研究人員嘗試使用生物化學(xué)技術(shù)來鑒定噬菌體結(jié)合的細胞受體，但未能成功，因此他們與圣保羅Adolpho Lutz研究所的同事合作，專門研究透射電子顯微鏡(TEM)。該團隊不僅幫助他們看到活體動物大腦中的分子，而且還證明了噬菌體與血腦屏障中的內(nèi)皮細胞連接結(jié)合。有關(guān)的交叉點被稱為“緊密”，因為它們可防止所有外來物質(zhì)(包括水)穿過血腦屏障。

“我們現(xiàn)在需要更詳細地研究這種現(xiàn)象，因為結(jié)構(gòu)由幾個分子組成，”佐丹奴說。

下一步將是合成肽，看看實驗室中產(chǎn)生的版本是否與小鼠中的FRW相同。研究人員認為合成版本也與大腦中的血管結(jié)合，但在體內(nèi)無法看到這種情況。

未來的另一個方向是探索不含F(xiàn)RW的其他肽，并選擇那些留在特定大腦區(qū)域的肽，如小腦，嗅球和半球，以便將來進行更具體的診斷測試。