دفع آسیب‌های مغزی و نخاعی با آنزیم طبیعی

مقابله با آسیب های مغز و نخاع با آنزیم طبیعی

محققانی از کانادا و امریکا به تازگی موفق یه شناخت آنزیمی شده‌اند که جراحت ناشی از آسیب‌های مغزی و نخاعی را به سلول‌های عصبی جدید بدل می‌سازد.

گروهی از محققان دریافتند آنزیمی موسوم به ای بی سی (chondroitinase ABC) قادر است جراحت ناشی از آسیب‌های مغزی و نخاعی را به‌ گونه‌ای تغییر دهد که موجب رشد سلول‌های عصبی جدید شده و مسیری نو را برای درمان این نوع بیماری‌ها باز کند.

این آنزیم در طبیعت توسط نوعی باکتری تولید می‌شود و حدود دو دهه قبل شناسایی شده است.

اما دو مشکل جدی در مسیر استفاده از آن وجود دارد؛ اول این که آنزیم در محیط زیست باکتری به قدر کافی پایدار است، اما در محیط بدن انسان تجمع‌ کرده و قابلیت حرکت خود را از دست می‌دهد. مشکل دوم این است که آنزیم در مجاورت سایر ترکیبات شیمیایی که به‌ منظور آماده‌سازی آن برای تحویل به بدن مورد استفاده قرار می‌گیرند، بسیار شکننده بوده و به سرعت تجزیه می‌شود.

محققان دانشگاه تورنتو کانادا با همکاری محققان دانشگاه میشیگان برای حل این مشکلات، به سراغ الگوریتم‌های کامپیوتری رفتند و توانستند راهکاری را شناسایی کنند که امکان تغییر آنزیم را به گونه‌ای مناسب برای استفاده در بدن انسان فراهم کرد.

در نمونه جدید این آنزیم مجموعا ۳۷ اسید آمینه جایگزین شده و در نتیجه ساختار آنزیم بسیار پایدارتر از نمونه طبیعی آن است. نمونه طبیعی آنزیم حداکثر ظرف ۲۴ ساعت کارآیی خود را از دست می‌دهد، اما نمونه تغییریافته آن تا ۷ روز فعال است. همچنین این آنزیم قادر است با سرعت بیشتری محل آسیب‌دیدگی را تحت تاثیر قرار دهد.

در حال حاضر محققان این آنزیم را در مدل‌های مختلف آسیب‌های مغزی و نخاعی مورد آزمایش قرار می‌دهند تا قابلیت‌ها و کارکردهای بالقوه آن را به درستی شناسایی کنند.

A team of researchers from University of Toronto Engineering and the University of Michigan has redesigned and enhanced a natural enzyme that shows promise in promoting the regrowth of nerve tissue injury.

Their new version is more stable than the protein that occurs in nature, and could lead to new treatments for reversing nerve damage caused by traumatic injury or stroke.

A new study published in the journal Science Advances.

“One of the major challenges to healing after this kind of nerve injury is the formation of a glial scar.”

A glial scar is formed by cells and biochemicals that knit together tightly around the damaged nerve. In the short term, this protective environment shields the nerve cells from further injury, but in the long term it can inhibit nerve repair.

About two decades ago, scientists discovered that a natural enzyme known as chondroitinase ABC — produced by a bacterium called Proteus vulgaris — can selectively degrade some of the biomolecules that make up the glial scar.

By changing the environment around the damaged nerve, chondroitinase ABC has been shown to promote regrowth of nerve cells. In animal models, it can even lead to regaining some lost function.

But progress has been limited by the fact that chondroitinase ABC is not very stable in the places where researchers want to use it.

“It’s stable enough for the environment that the bacteria live in, but inside the body it is very fragile,” says Shoichet. “It aggregates, or clumps together, which causes it to lose activity. This happens faster at body temperature than at room temperature. It is also difficult to deliver chondroitinase ABC because it is susceptible to chemical degradation and shear forces typically used in formulations.”

Various teams, including Shoichet’s, have experimented with techniques to overcome this instability. Some have tried wrapping the enzyme in biocompatible polymers or attaching it to nanoparticles to prevent it from aggregating. Others have tried infusing it into damaged tissue slowly and gradually, in order to ensure a consistent concentration at the injury site.

But all of these approaches are mere Band Aids — they don’t address the fundamental problem of instability.

In their latest paper, Shoichet and her collaborators tried a new approach: they altered the biochemical structure of the enzyme in order to create a more stable version.

“Like any protein, chondroitinase ABC is made up of building blocks called amino acids,” says Shoichet. “We used computational chemistry to predict the effect of swapping out some building blocks for others, with a goal of increasing the overall stability while maintaining or improving the enzyme’s activity.”