TAxI vervoert proteïnen naar het ruggenmerg

Een klein peptide met de naam TAxI geeft hoop voor de behandeling van motorneuronziektes door middel van spierinjecties.

University of Washington Health Sciences/UW Medicine

TAxI doet zijn naam alle eer aan. Uit recent onderzoek blijkt het een ideaal vervoersmiddel te zijn voor functionele proteïnen zoals actieve enzymen. Na injectie in de spier vervoert TAxI ze naar het ruggenmerg.

Uit de resultaten blijkt dat TAxI veelbelovend is om biologische geneesmiddelen naar het ruggenmerg te vervoeren; een plaats die farmaceutisch moeilijk bereikbaar is.

Peptiden, of korte ketens opgebouwd uit aminozuren, kunnen nuttig blijken in specifieke biologische taken. De naam TAxI verwijst naar de functie van dit specifieke peptide: Targeted Axonal Import.

Omdat hij een ongewone route kiest om zijn lading af te leveren, wordt TAxI niet geconfronteerd met de natuurlijke grens tussen het bloed en de ruggengraat en hersenen. Deze grens biedt bescherming tegen schadelijke stoffen, maar ook nuttige medicatie wordt afgeblokt.

Uit een studie gepubliceerd op 16 februari 2016 in Proceedings of the National Academy of Sciences blijkt dat muizen die een spierinjectie met TAxI kregen een recombinant eiwit naar ruggenmerg motorneuronen konden transporterenDeze zenuwcellen bevinden zich in het ruggenmerg, maar hun vezels reiken tot aan geïnnerveerde spieren en controleren hun bewegingen.

"Biologische therapieën, zoals proteïnes of nucleïnezuren, komen moeilijk binnen in het centrale zenuwstelsel," zegt Suzie Hwang Pun, professor Biotechnologie van Robert F. Rushmer aan de Universiteit van Washington, alsook hoofdauteur van de studie. "Onze groep begon aan dit onderzoek om transportmiddelen te ontwikkelen die het ruggenmerg kunnen bereiken, en dit door de route na te bootsen die sommige virussen en toxines nemen."

Andere labo's hebben geprobeerd om overbrengingssystemen te ontwikkelen. Dit deden ze met vectoren afgeleid van gedenatureerde menselijke virussen, zoals herpes simplex, om met het vermogen van die virussen de hersenen en de zenuwcellen in de ruggengraat binnen te gaan. Met het TAxI peptide wordt geen gebruik meer gemaakt van ontworpen virussen die niet alleen veiligheidsrisico's met zich meebrengen, maar ook hoge productiekosten, problemen met de dosering en immuunreacties.

"Wij geloven dat TAxI een grote stap vooruit kan zijn in de ontwikkeling van behandelingen voor motorneuronziektes," zegt Pun. Een voorbeeld van een motorneuronziekte is Amyotrofische Laterale Sclerose. Bij ALS kunnen de spieren geleidelijk aan zwakker worden, tot zowel ademen als slikken worden aangetast.

Drew Sellers is hoofdauteur en onderzoeksassistente biotechnologie aan de Universiteit van Washington. Hij ontdekte de doorvoerkrachten van TAxI door een gigantische bibliotheek peptide sequentie opties te screenen van gemodificeerde bacteriofagen - virussen die bacteriën besmetten. De onderzoekers probeerden een belangrijk obstakel te overwinnen in de behandeling van neurodegeneratieve ziektes: het gebrek aan een effectieve, minimaal invasieve technologie om macromoleculaire geneesmiddelen naar de hersenen en het ruggenmerg te brengen.

Tijdens het onderzoeken van regeneratieve geneeskunde met Philip Horner (directeur neurogeneratieve geneeskunde aan het Methodist Research Institute in Houston en daarvoor aan de Universiteit van Washington), kreeg Sellers interesse voor het herstellen van schade aan het ruggenmerg, veroorzaakt door ziekte of ongeval. Horner is co-hoofdauteur van de TAxI studie.

TAxI omringt de bloed/ruggenmerg grens via de plaats van injectie in een spier naar axonen. Dat zijn de lange projecties van het motorneuron die lijken op vingers en die de spier besturen. De plaats waar de muis geïnjecteerd werd, komt ongeveer overeen met de menselijke kuitspier. Daarna gaat TAxI selectief accumuleren in het lumbale gedeelte van het ruggenmerg, wat dicht bij de onderrug ligt. Toen het peptide ingebracht werd bij monsters van menselijk ruggenmerg, labelde het de motorische zenuwcellen.

Sellers zei dat hij niet had verwacht dat TAxI zo goed zou werken. De volgende stappen zijn volgens Sellers het werkingsmechanisme na gaan, dat toe te passen in modellen van motorneuronziektes, en, wanneer bijkomende testen succesvol blijken, het te ontwikkelen voor klinische toepassingen.

Onderzoek naar TAxI opent deuren om een verscheidenheid aan neurodegeneratieve ziektes te bepalen, via technieken die aangenamer zijn voor de patiënt dan catheders in de ruggengraat of andere pijnlijke procedures.

"Nu bestaat de mogelijkheid dat peptiden ontworpen zijn om geneesmiddelen te leiden naar specifieke delen van de ruggengraat en het brein", zegt Sellers.

Aan de Universiteit van Washington, campus Geneeskunde, is Sellers ook geassocieerd met het departement Neurochirurgie en het Instituut voor Stamcel en Regeneratieve Geneeskunde Pun maakt deel uit van het Instituut Moleculaire Technieken en Wetenschappen aan de Universiteit van Washington.

Vertaling: Iris Oda

Bron: EurekAlert!