Aplikasi Aptamer dalam Neuroscience Bagian 4

PET adalah metode pencitraan lain yang sangat efektif yang digunakan dalam diagnostik klinis karena dapat memberikan resolusi tomografi pada kedalaman jaringan apa pun.

Pemindaian PET, tomografi emisi positron, adalah teknologi pencitraan medis yang dapat digunakan untuk mendeteksi status fungsional dan metabolisme berbagai organ dan jaringan. Dalam beberapa tahun terakhir, pemindaian PET juga telah banyak digunakan untuk mempelajari memori.

Penelitian menemukan bahwa pemindaian PET dapat mendeteksi aktivitas metabolisme dan aliran darah di otak, yang berkaitan erat dengan kemampuan kognitif dan memori manusia. Pemindaian PET dapat digunakan untuk mengamati apakah terdapat kelainan pada area yang berkaitan dengan kognisi dan memori, serta cara area tersebut mengirimkan dan memproses informasi.

Penerapan pemindaian PET telah memungkinkan para ilmuwan mencapai kemajuan luar biasa dalam mempelajari sistem saraf. Misalnya, sebuah penelitian menemukan bahwa metabolisme otak orang dewasa lanjut usia lebih lambat dibandingkan orang dewasa muda, yang merupakan salah satu alasan utama mengapa orang lanjut usia mengalami kehilangan ingatan dan penurunan kognitif. Selain itu, PET scan dapat mendeteksi tanda-tanda penyakit saraf, seperti penyakit neurodegeneratif dan penyakit Alzheimer. Hal ini dapat membantu dokter mendiagnosis dan mengobati penyakit ini sejak dini untuk meringankan penderitaan pasien semaksimal mungkin.

Lebih jauh lagi, seperti yang kita pahami, memori adalah proses saraf yang kompleks. Teknologi pemindaian PET memungkinkan kita untuk lebih memahami proses pembentukan dan pelestarian memori. Hal ini membantu kami mengembangkan metode pelatihan memori yang lebih baik sehingga orang dapat menguasai pengetahuan dan keterampilan dengan lebih baik.

Singkatnya, penggunaan PET scan dalam mempelajari memori memberi kita data yang lebih komprehensif dan pemahaman yang lebih dalam. Melalui teknologi ini, kita dapat lebih memahami, mengevaluasi, dan meningkatkan daya ingat dan kemampuan kognitif kita agar lebih beradaptasi dengan perkembangan sosial dan kehidupan sehari-hari. Terlihat bahwa kita perlu meningkatkan daya ingat, dan Cistanche deserticola dapat meningkatkan daya ingat secara signifikan karena Cistanche deserticola merupakan bahan obat tradisional Tiongkok yang memiliki banyak khasiat unik, salah satunya meningkatkan daya ingat. Khasiat Cistanche deserticola berasal dari banyaknya bahan aktif yang dikandungnya, antara lain asam tanat, polisakarida, glikosida flavonoid, dll. Bahan-bahan tersebut dapat meningkatkan kesehatan otak dalam berbagai cara.

Klik Tahu untuk meningkatkan memori jangka pendek

Pencitraan PET didasarkan pada radioisotop pemancar positron, seperti 13N, 18F, 11C, 64Cu, 124I, dan 68Ga. Isotop fluor (18F) sering digunakan karena waktu paruhnya yang menguntungkan sekitar 110 menit, produksinya mudah, peluruhan bersih, dan energi emisi rendah.

Sedangkan untuk MRI, tantangan paling penting bagi PET adalah merancang agen pencitraan yang spesifik terhadap target [128]. Untuk tujuan ini, telah ditunjukkan bahwa aptamer trombin dapat terkonjugasi secara fotokimia dengan 3-azido-5-nitrobenzil fluorida ([18F]ANBF) [70].

Selain itu, pencitraan PET berdasarkan aptamers berlabel 18F telah dilaporkan untuk protein seperti tenascin C (131), protein tirosin kinase 7 (132), dan reseptor EGF (133).

3.7.2. Diagnosa

Reseptor faktor pertumbuhan epidermal varian III (EGFRvIII), yang bersifat onkogenik karena aktivasi konstitutifnya daripada diatur oleh ligan EGFR, meningkatkan gliomatumorigenisitas dan resistensi terhadap pengobatan (134). Sel U87-EGFRvIII yang mengekspresikan EGFRvIII secara berlebihan digunakan untuk mendapatkan aptamers DNA yang mengubah laju pertumbuhan sel dan meningkatkan radiosensitivitas [135].

Kemampuan pengikatan aptamers (U2, U8, U19, dan U31) ke U87-EGFRvIII dikonfirmasi melalui analisis flow cytometry dan confocal microscopy. Theaptamer menghambat proliferasi dan metastasis sel tumor (U87) serta memengaruhi peristiwa pensinyalan di bagian hilir EGFR.

Selain itu, beberapa varian aptamer ini dikembangkan melalui serangkaian modifikasi. Meskipun pemotongan meningkatkan spesifisitasnya, penyisipan GCpairs ke dalam batang jepit rambut memberikan peningkatan stabilitas termal. Aptamers dengan modifikasi pirene yang diidentifikasi dengan bantuan docking molekuler meningkatkan afinitas aptamer terhadap molekul target [136]. Selain itu, U2 yang diberi label ulang 118 menunjukkan efek antitumor in vivo.

Hasil yang menjanjikan ini mendorong penerapan aptamer U2 sebagai agen terapeutik baru dalam sistem penghantaran obat yang ditargetkan [125]. Mayoritas terapi saat ini telah gagal karena rendahnya spesifisitas agen terapeutik yang menunjukkan efek samping.

Tujuan utama terapi bertarget adalah untuk meningkatkan selektivitas obat dan mengurangi efek samping yang "tidak tepat sasaran". Salah satu pendekatan untuk mencapai tujuan ini adalah melalui sistem penghantaran obat menggunakan ligan spesifik untuk penyakit seperti aptamer-drug conjugates (ApDCs) (137).

Prodigiosin yang diproduksi oleh bakteri Serratia marcescens bersifat sitotoksik dengan sifat anti kanker dan anti malaria. Salah satu turunannya, prodigiosin 25-C, memiliki aktivitas imunosupresif. Aptamer yang terkonjugasi dengan prodigiosin secara khusus menargetkan permukaan sel kanker otak.

Dengan menggunakan alat pemodelan molekuler, perangkat lunak perancang Ascalaph, reseptor glutamat, dan berbagai aptamers diizinkan untuk berinteraksi dalam ansambel NVT selama durasi 50 ns dan pada 310 K. Dari studi simulasi ini, lima kandidat aptamers diidentifikasi berdasarkan energi antarmolekul delta mereka. (∆ INME). Untuk mengkonfirmasi data simulasi, aptamers terpilih ini diinkubasi dengan sel kanker otak dan sel otak normal satu per satu.

Akhirnya, persentase pengikatan spesifik setiap aptamer dihitung untuk kedua jenis sel. Aptamers 8, 10,11, 23, dan 69 diamati memiliki kemampuan untuk menargetkan epitop pada semua sel kanker otak dengan afinitas tinggi dan ∆ INME rendah. Selain itu, di antaranya, aptamer 10 diadsorpsi oleh sel kanker otak pada tingkat tinggi dan adsorpsinya oleh sel normal sangat rendah [138].

Seperti disebutkan sebelumnya, keterbatasan utama pengobatan kelainan otak adalah BBB, yang membatasi sebagian besar molekul kecil memasuki otak. Kebutuhan akan penargetan yang spesifik pada jaringan merupakan faktor pembatas lainnya. Mengirimkan obat ke area penyakit utama di otak merupakan pendekatan penting untuk terapi yang efektif.

Transferrin (Tf), yang terdapat pada membran sel endotel BBB, memungkinkan molekul melintasi BBB [139-141]. Dalam sebuah penelitian baru-baru ini, sebuah aptamer yang menargetkan reseptor Tf (TfR) digabungkan dengan aptamer yang mengikat EpCAM (molekul adhesi sel epitel) yang mengekspresikan sel kanker [142]. Konjugat aptamer mempertahankan spesifisitas dan menunjukkan peningkatan afinitas pengikatan untuk EpCAM dan TfR.

Transcytosis aptamers ini melalui BBB dikonfirmasi secara in vivo setelah injeksi 1-nmolin. Penelitian ini menunjukkan bahwa chimera aptamer bifungsional dapat mengatasi BBB dan berpotensi mengobati gangguan otak secara spesifik.

Memanfaatkan strategi serupa dengan partikel, rutenium mesopori [Ru (bpy) 2 (tip)]2+ (RBT) nanopartikel (MRN) diberikan fungsi penargetan ganda, yang dicapai oleh aptamer AS1411 (Apt) dan Tf dicangkokkan pada permukaan MRN yang menghasilkan kapasitas pemuatan obat anti kanker yang tinggi [143]. Sistem nano RBT@MRN-SS-Tf/Apt ini memungkinkan penetrasi BBB yang efektif oleh Tf dan penargetan spesifik untuk membunuh sel glioma in vitro dan in vivo.

Selain itu, produksi spesies oksigen reaktif (ROS) oleh [Ru (bpy) 2 (tip)]2+ menginduksi apoptosis sel glioma di bawah radiasi laser, memungkinkan terapi fotodinamik (PDT), yang telah terbukti meningkatkan masa kelangsungan hidup.

Pendekatan pengiriman obat ini menunjukkan bahwa penargetan TfR dapat menjadi cara yang berhasil untuk memindahkan kargo melintasi BBB dan bahwa chimera aptamer dapat digunakan secara efisien untuk tujuan ini dalam mengobati tumor otak dan penyakit otak lainnya pada SSP. RNA pengganggu kecil (siRNA) memiliki kemampuan membungkam gen spesifik urutan, yang menjadikannya alat terapi alternatif.

Namun, pengiriman siRNA ke dalam sel target merupakan suatu tantangan, dengan banyak sistem pengiriman siRNA berbasis aptamer yang sedang dikembangkan untuk meningkatkan kemanjuran siRNA [66]. Pengiriman spesifik sel STAT3 siRNA ke GBM dicapai dengan menggunakan aptamer chimeric yang terdiri dari siRNA yang menargetkan STAT3 (transduser sinyal dan aktivator transkripsi 3) yang dikonjugasikan dengan Gint4.

T aptamermenargetkan PDGFR (reseptor faktor pertumbuhan turunan trombosit). STAT3 adalah pengatur utama subtipe glioblastoma mesenkim agresif. Pengiriman sistem dan pembungkaman STAT3 ditentukan dalam sel GBM positif PDGFR. Juga ditunjukkan bahwa sistem chimera mengurangi viabilitas dan migrasi sel in vitro dan menghambat pertumbuhan tumor dan angiogenesis in vivo (144).

Aptamers dapat diterapkan untuk diagnosis, karena mereka secara spesifik mengikat berbagai garis sel glioblastoma dibandingkan garis sel kanker lainnya dengan Kds dalam kisaran 78-168 nM [63]. Keluarga aptamers DNA dipilih dan dioptimalkan untuk mengikat garis sel gliosarcoma (K308) menggunakan sel-SELEX (145).

Mereka memiliki nilai Kd dalam kisaran nanomolar dengan afinitasaptamer tertinggi (WQY-9) yang memiliki Kd 21 nM. WQY-9 sangat selektif untuk sel K308 dan diinternalisasi oleh K308 pada suhu 37 ◦C. Ketika diuji terhadap sampel jaringan yang tertanam parafin, versi WQY-9 (WQY-9-B) yang terpotong menodai 73% (11 dari 15) sampel gliosarkoma dibandingkan dengan 17% dari 12 sampel normal.

Urutan DNA acak masing-masing mewarnai 13 dan 20% sampel gliosarkoma dan normal. Aptamer RNA (H02) juga dipilih oleh sel-SELEX yang mengikat integrin alfa-5-beta-1 dan dapat membedakan antara garis sel glioblastoma dan jaringan dari xenograft tumor yang diturunkan pasien dalam pengujian sito dan histo-fluoresensi [146].

Oleh karena itu, ada beberapa aptamers yang menjanjikan aplikasi untuk menghasilkan alat diagnostik gliosarcoma yang lebih efektif. Beberapa aptamers tercantum pada Tabel 3.

4. Kesimpulan dan Perspektif Masa Depan

Negara-negara dengan populasi penuaan yang cepat akan menghadapi tantangan di masa depan dengan meningkatnya jumlah orang yang terkena penyakit neurodegeneratif. Pada tahun 2050, lebih dari dua miliar orang akan berusia di atas 60 tahun dan jumlah orang yang berusia di atas 80 tahun akan meningkat tiga kali lipat, dari 137 juta saat ini menjadi 425 juta.

Peningkatan jumlah lansia ini diperkirakan akan dibarengi dengan peningkatan proporsional jumlah pasien yang terkena penyakit saraf.

Peningkatan kejadian tumor otak juga diperkirakan terjadi, karena kejadian kanker meningkat seiring bertambahnya usia dan mungkin diperburuk oleh berkurangnya efisiensi mekanisme perbaikan pada otak lanjut usia.

Peningkatan jumlah pasien dengan penyakit neurologis dan tumor otak ini dapat dikurangi jika faktor-faktor yang membuat lansia rentan terhadap gangguan neurologis dan mekanisme akumulasi protein, gangguan degradasi agregat, dan kematian sel saraf dipahami, serta diagnosis dan pengobatan yang tepat dikembangkan.

Oleh karena itu, memahami dasar-dasar penyakit neurologis dan tumor otak serta dampaknya terhadap penuaan akan mengidentifikasi cara pencegahan atau penyembuhan serta meningkatkan kualitas hidup banyak orang di usia tua.

Antibodi saat ini merupakan sarana utama diagnosis biomarker molekuler penyakit neurologis, khususnya biomarker protein. Namun, antibodi mahal untuk diproduksi, memiliki variasi batch-to-batch sehingga memerlukan kontrol kualitas yang ekstensif, dan memerlukan penyimpanan dalam lemari pendingin. Ketika digunakan sebagai terapi, antibodi juga harus “dimanusiakan” terlebih dahulu untuk menghindari penolakan kekebalan.

Peluang untuk diagnosis dan terapi dapat diperluas dengan dimasukkannya aptamer yang spesifik untuk biomarker penyakit dan konstruksi aptamer yang dapat digunakan untuk mengatasi tantangan terapeutik.

Meskipun aptamers memberikan keuntungan dan banyak peluang baru untuk aplikasi diagnostik dan terapeutik, keterwakilannya dalam diagnostik dan terapeutik modern masih rendah.

Dibandingkan dengan antibodi, aptamers merupakan molekul yang relatif baru ditemukan, dan pengembangannya menjadi agen diagnostik dan terapeutik yang disetujui akan memerlukan waktu. Dalam tinjauan ini, kami telah merangkum aptamers yang tersedia yang digunakan untuk diagnosis dan terapi dan mencantumkannya dengan urutan dan properti pada Tabel 3.

Namun, masih banyak lagi target aptamer potensial yang terkait dengan penyakit neurologis termasuk LRRK2, Parkin, PINK1, DRP-1, DJ-1, UBQLN2, C9orf72, NEK-1, dan FAS.

Dengan optimalisasi lebih lanjut fungsinya dan standarisasi karakterisasinya, penerapan aptamers diharapkan mendapatkan momentum dan memberikan banyak peluang baru dalam diagnostik dan terapi di bidang ilmu saraf.

Kontribusi Penulis: Semua penulis telah membaca dan menyetujui versi naskah yang diterbitkan.

Pendanaan: Artikel ini didukung oleh Dewan Riset Ilmiah dan Teknologi Turki (TÜB˙ITAK) 3501 (Program Pengembangan Karir), nomor proyek 119S845.

Pernyataan Dewan Peninjau Institusional: Tidak berlaku.

Pernyataan Persetujuan yang Diinformasikan: Tidak berlaku.

Pernyataan Ketersediaan Data: Tidak ada data baru yang dibuat atau dianalisis dalam penelitian ini. Berbagi data tidak berlaku untuk artikel ini.

Konflik Kepentingan: Penulis menyatakan tidak ada konflik kepentingan.

Referensi

1. Rangel, AE; Chen, Z.; Ayele, TM; Heemstra, JM Seleksi in vitro dari aptamer XNA yang mampu mengenali molekul kecil. Asam Nukleat Res. 2018, 46, 8057–8068. [Ref Silang] [PubMed]

2. Ilgu, M.; Nilsen-hamilton, M. Aptamers dalam Analisis. Analis 2016, 141, 1551–1558. [Ref Silang] [PubMed]

3. Ellington, IKLAN; Szostak, JW Seleksi in vitro molekul RNA yang mengikat ligan tertentu. Alam 1990, 346, 818–822. [CrossRef] [PubMed]

4. Robertson, DL; Joyce, GF Seleksi in vitro dari enzim RNA yang secara spesifik membelah DNA beruntai tunggal. Alam 1990, 344.467–468. [Ref Silang] [PubMed]

5. Tuerk, C.; Emas, L. Evolusi ligan secara sistematis melalui pengayaan eksponensial: ligan RNA menjadi bakteriofag T4 DNA polimerase. Sains 1990, 249, 505–510. [Ref Silang] [PubMed]

6. Buta, M.; Blank, M. Aptamer Teknologi Seleksi dan Kemajuan Terkini. mol. Ada. Asam Nukleat 2015, 4, e223. [Referensi Silang]

7. Kang, K.-NN; Lee, Y.-SS RNA aptamers: Tinjauan tren dan aplikasi terkini. Tren Masa Depan Bioteknologi. 2013, 131, 153–169.[Referensi Silang]

8. Munzar, JD; Ng, A.; Juncker, D. Aptamers dupleks: Sejarah, desain, teori, dan penerapan biosensing. kimia. sosial. Wahyu 2019,48, 1390–1419. [Referensi Silang]9. Zhang, Y.; Lai, BS; Juhas, M. Kemajuan terkini dalam penemuan dan aplikasi aptamer. Molekul 2019, 24, 941. [CrossRef]

10. Zhou, J.; Rossi, J. Aptamers sebagai terapi yang ditargetkan: Potensi dan tantangan saat ini. Nat. Penemuan Narkoba Pendeta. 2017, 16, 181–202.[Referensi Silang]

For more information:1950477648nn@gmail.com