Katalanische und amerikanische Forscher entwickeln eine Nanotherapie, die Neuronen vor Alzheimer schützen kann

Eine Studie des Institute for Bioengineering of Catalonia (IBEC) und der Northwestern University (USA), die im Journal of the American Chemical Society veröffentlicht wurde, berichtete am Mittwoch über eine neuartige Nanotherapie zur Bekämpfung neurodegenerativer Erkrankungen wie Alzheimer und amyotropher Lateralsklerose (ALS). Diese Therapie basiert auf Trehalose, einem natürlichen Zucker, der aus Pflanzen gewonnen wird.

Laut dem Artikel fängt diese Nanotherapie toxische Proteine ein und neutralisiert sie, um das Fortschreiten der Erkrankung zu stoppen. Dadurch wird verhindert, dass die schädlichen Proteine in Neuronen eindringen und dort Schäden verursachen.

Fehlgefaltete Proteine und Zelltod
Bei schweren neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer und ALS sammeln sich bestimmte Proteine mit strukturellen Defekten um neuronale Zellen im Gehirn und Rückenmark an, was letztlich zum Zelltod führt.

Die neue Behandlung fängt diese Proteine effektiv ein, bevor sie sich zu toxischen Strukturen aggregieren können, die in der Lage sind, Neuronen zu durchdringen. Sobald die Proteine eingeschlossen sind, werden sie abgebaut, ohne dem Körper Schaden zuzufügen.

Diese “Reinigungs”-Strategie wurde an im Labor gezüchteten menschlichen Neuronen getestet, die dem Stress durch krankheitserregende Proteine ausgesetzt waren. Die Ergebnisse zeigten eine signifikante Erhöhung des Zellüberlebens.

Samuel I. Stupp, einer der Hauptautoren der Studie von der Northwestern University, betont, dass die Forschung “das aufregende Potenzial von molekular hergestellten Nanomaterialien aufzeigt, um den Ursprung neurodegenerativer Erkrankungen zu untersuchen”.

Vermeidung toxischer Aggregate
Bei vielen dieser Erkrankungen verlieren Proteine ihre funktionelle, korrekt gefaltete Struktur und aggregieren zu destruktiven Fasern, die in Neuronen eindringen und für diese hochgiftig sind.

Die neue Behandlung funktioniert, indem sie fehlgefaltete Proteine einfängt und verhindert, dass sie in einem frühen Stadium toxische Aggregate bilden. Dazu gehört auch die Blockierung der Bildung von löslichen Oligomeren und kurzen Amyloidfasern, die bekannt dafür sind, Neuronen zu durchdringen und erheblichen Schaden anzurichten.

Zaida Alvarez, leitende Forscherin der Gruppe Biomaterialien für die neuronale Regeneration am IBEC und Mitautorin der Studie, ist überzeugt, dass dieser Ansatz bei fortgesetzter Forschung “das Fortschreiten der Krankheit erheblich verlangsamen könnte”.

Laut der Weltgesundheitsorganisation (WHO) könnten weltweit bis zu 50 Millionen Menschen an einer neurodegenerativen Erkrankung leiden. Die meisten dieser Krankheiten sind durch die Anhäufung von fehlgefalteten Proteinen im Gehirn gekennzeichnet, was zu einem fortschreitenden Verlust von Neuronen führt.

Obwohl die derzeitigen Behandlungen nur begrenzte Linderung bieten, besteht ein dringender Bedarf an neuen Therapien. Um dieser Herausforderung zu begegnen, wandten sich die Forscher einer Klasse amphiphiler Peptide zu – Molekülen mit einem hydrophilen und einem hydrophoben Ende, die modifizierte Ketten von Aminosäuren enthalten.

Die Moleküle in diesem neuartigen Therapiekonzept werden in harmlose Lipide, Aminosäuren und Zucker zerlegt, was zu weniger unerwünschten Nebenwirkungen führt.

Eine zuckerhaltige Lösung
Um ein amphiphiles Peptid zur Behandlung neurodegenerativer Erkrankungen zu entwickeln, fügte das Forschungsteam einen zusätzlichen Inhaltsstoff hinzu: den natürlichen Pflanzenzucker Trehalose.

“Trehalose kommt natürlicherweise in Pflanzen, Pilzen und Insekten vor”, erklärt der Erstautor der Studie, Zijun Gao, “und schützt diese Organismen vor Temperaturschwankungen, insbesondere vor Austrocknung und Einfrieren.”

Die Forscher sind überzeugt, dass die neuartige Methode, instabile Trehalose-beschichtete Nanofasern zur Proteinbindung zu verwenden, einen vielversprechenden Ansatz für die Entwicklung neuer und wirksamer Therapien gegen Alzheimer, ALS und andere neurodegenerative Erkrankungen darstellt.

Ähnlich wie Krebsbehandlungen, die verschiedene Therapien wie Chemotherapie, Operation, Hormontherapie und Bestrahlung kombinieren, könnte die Nanotherapie am effektivsten sein, wenn sie mit anderen Behandlungen kombiniert wird.

Referenzen:
Zijun Gao, Ruomeng Qiu, Dhwanit R. Dave, Palash Chandravanshi, Gisele P. Soares, Cara S. Smith, J. Alberto Ortega, Liam C. Palmer, Zaida Alvarez, Samuel I. Stupp. Die supramolekulare Copolymerisation von Glykopeptid-Amphiphilen und Amyloid-Peptiden verbessert das Überleben der Neuronen. Zeitschrift der American Chemical Society (2025).DOI: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c00105.