Alzheimerjeva bolezen je kronična progresivna nevrodegenerativna bolezen, ki prizadene obolele in njihove družine in postaja eden od vodilnih zdravstvenih, ekonomskih in socialnih problemov v razvitem svetu. Napovedi kažejo, da bo Alzheimerjeva bolezen kmalu neizogibna za več kot tretjino svetovne populacije nad 65 let. Trenutni zgodnje-diagnostični postopki za to in druge nevrodegenerativne bolezni niso zanesljivi, še manj pa so primerni za preventivni pregled celotne populacije, zaradi česar je izjemno otežen in upočasnjen razvoj učinkovite terapije. Zato je medicinska stroka večinoma omejena predvsem na blaženje poglavitnih simptomov in znakov bolezni.

V preteklosti je naša raziskovalna skupina vidno prispevala k področju razvoja molekularnega slikanja, med drugim z razvojem fluorescentnih molekulskih sond, znanih kot DDNP in FDDNP, ter fluor-18-radiooznačenim analogom [18F]FDDNP. Tesno sodelovanje s skupino z Oddelka za molekularno in medicinsko farmakologijo na UCLA je omogočilo uspešno implementacijo spojin na predkliničnih in kliničnih študijah. [18F]FDDNP je postal eden izmed pionirjev in vivo PET slikanja odlag Aβ v možganih in dolgo časa tudi edina radiooznačena sonda za slikanje nevrofibrilarnih pentelj na živih ljudeh (Slika 1).

Slika 1. In vivo označevanje odlag in pentelj v možganih pacientov z Alzheimerjevo boleznijo ([18F]FDG = fluor-18-radiooznačena fluorodeoksiglukoza). Vir: J. Nucl. Med. 2001, suppl. S, 42(5), 242.

So pa nedavne študije pokazale, da se patološke spremembe, opažene v možganih, pojavljajo tudi na periferiji in da obstaja povezava med napredkom bolezni in količino odlag Aβ in različnih oblik Tau v cerebrospinalni tekočini in krvi. Slednje lahko predstavlja osnovo za ex vivo diagnostično tehniko, ki bi temeljila na preiskavi telesnih tekočin in bi se izognila potrebi po uporabi drage specializirane opreme, nestabilnih kratkoživih (radio)izotopov in dolgotrajnih postopkov neprijetnih za paciente, ki omejujejo testiranje širše populacije.

V preliminarnih raziskavah smo razvili novo generacijo fluorescentnih molekulskih sond, analogov FDDNP. Nekatere sonde so v topilih pokazale nadvse zanimive optične lastnosti, npr. velik batokromni premik in zmanjšanje intenzitete oddane svetlobe pri povečanju polarnosti (Slika 2). Te spremembe je bilo mogoče opaziti tudi pri fluorescenčnem slikanju tkiva človeških možganov, ki je razkrilo razlike v valovni dolžini oddane svetlobe med Aβ plaki in nevrofibrilarnimi pentljami Tau (Slika 2, desno). Konfokalna mikroskopija je dodatno potrdila razliko 15 nm v emisijskih maksimumih med Aβ in Tau agregati, kar je omogočilo jasno razlikovanje med zeleno obarvanimi plaki in oranžno-rdečimi pentljami že z vizualnim pregledom.

Slika 2. Difenilacetilenski analog FDDNP (levo) spremeni emisijski maksimum glede na polarnost topila (sredina). To se odraža tudi v fluorescenčni mikroskopiji inkubiranih vzorcev možganskih tkiv, kjer opazimo emisijo zelene svetlobe iz senilnih plakov Aβ (SP) in rdeče-oranžno emisijo iz neurofibrilarnih pentelj proteina Tau (NFT). Vir: J. Med. Chem. 2017, 60, 8741.

Cilji

Predlagani projekt zajema sistematski pristop k reševanju problema zgodnje diagnostike Alzheimerjeve bolezni. Temelji na razvoju majhnih fluorescentnih molekul, ki so sposobne selektivne vezave na biomarkerje pri Alzheimerjevi bolezni, Aβ in Tau, kar bi bilo mogoče zaznati in ovrednotiti s fluorescenčnimi spektroskopskimi tehnikami v vzorcih telesnih tekočin, kot je kri. Končni cilj je razvoj novega, široko dostopnega in minimalno invazivnega zgodnje-diagnostičnega pripomočka. Rezultati pa bodo pripomogli tudi k boljšemu razumevanju vpliva strukturnih sprememb na fizikalno-kemijske in biološke lastnosti spojin ter nov vpogled v izzive zgodnje diagnostike teh bolezni iz krvnih vzorcev s pomočjo pametnih molekularnih sond.

Faze projekta

Projekt je razdeljen v tri faze: zasnova in sinteza fluorescentnih molekul, ocenjevanje kandidatov za molekularne sonde in ex vivo krvni test za zgodnje napovedovanje Alzheimerjeve bolezni. Faze so med seboj povezane in se medsebojno dopolnjujejo. Dodatno so faze razdeljeni na posamezne naloge, ki osredotočeno obravnavajo zahteve znotraj posameznih faz.

Rezultati

Rezultati dela bodo dostopni po objavi v znanstvenih člankih.