بریانا، نویسنده اول مطالعه که اخیراً فارغ‌التحصیل دکترا در آزمایشگاه استابنفلد است، گفت: روش‌های کشف “از بالا به پایین” بر ارزیابی نشانگرهای زیستی نامزد بر اساس مشارکت شناخته شده آنها در شرایط مورد علاقه متمرکز هستند. “در مقابل، یک روش “از پایین به بالا” است. تغییرات در ترکیب بافت را تجزیه و تحلیل می کند و راهی برای ارتباط آن تغییرات با شرایط پیدا می کند. این یک رویکرد بی‌طرف‌تر است، اما می‌تواند مخاطره‌آمیز باشد، زیرا احتمالاً می‌توانید نشانگرهایی را شناسایی کنید که مختص شرایط یا آسیب‌شناسی مورد علاقه نیستند.”
تحقیقات جدید به رهبری دانشمندان دانشگاه ایالتی آریزونا برخی از اولین سرنخ‌های مولکولی دقیق مرتبط با یکی از علل اصلی مرگ و ناتوانی را نشان داده است، وضعیتی که به عنوان آسیب مغزی تروماتیک (TBI) شناخته می‌شود.
بنابراین، با وجود همه این موانع، تیم راهی پیدا کرد.
هنگامی که یک TBI رخ می دهد، آسیب اولیه می تواند BBB را مختل کند، که باعث ایجاد آبشاری از مرگ سلولی، پاره شدن، از هم گسیختگی بافت ها و باقی مانده ها می شود.
مرجع مجله:
TBI یک نگرانی رو به رشد سلامت عمومی است که بیش از 1.7 میلیون آمریکایی را تحت تأثیر قرار می دهد و هزینه تخمینی سالانه آن 76.5 میلیارد دلار است. این یکی از علل اصلی مرگ و میر و ناتوانی برای کودکان و بزرگسالان جوان در کشورهای صنعتی است و افرادی که TBI را تجربه می‌کنند، احتمال بیشتری دارد که دچار نقص‌های شناختی و رفتاری شدید و طولانی‌مدت شوند.
یکی دیگر از موانع کشف، فیزیولوژی منحصر به فرد یک شبکه توری است که برای محافظت از مغز در برابر آسیب یا مواد شیمیایی مضر به نام سد خونی مغزی (BBB) طراحی شده است.
آنها مجموعه ای از نشانگرهای زیستی منحصر به فرد را یافتند که فقط با مراحل حاد یا مزمن TBI مرتبط است. در مرحله حاد، موتیف هدف گیری TBI، اهداف مرتبط با اختلال عملکرد عمدتا متابولیک و میتوکندری (نیروگاه سلول) را شناسایی کرد، در حالی که، موتیف مزمن TBI تا حد زیادی با فرآیندهای عصبی مرتبط بود.
دانشمندان اغلب می توانند شروع به طراحی عوامل درمانی یا دستگاه های تشخیصی بر اساس کشف نشانگرهای زیستی کنند. تیم Stabenfeldt از رویکرد “از پایین به بالا” برای کشف نشانگرهای زیستی استفاده کرد.
سپس، آنها از چندین ابزار و تکنیک‌های پیشرفته «بیوپنینگ» برای شناسایی و گرفتن مولکول‌ها، از جمله تکنیک «طعمه» برای صید مولکول‌های هدف بالقوه به نام سیستم نمایش فاژ، علاوه بر سرعت بالا، استفاده کردند. توالی یابی DNA برای شناسایی اهداف پروتئینی در ژنوم، و طیف سنج های جرمی برای تعیین توالی قطعات پپتید از آزمایش های نمایش فاز.
همچنین ممکن است توضیح دهد که چرا افرادی که TBI داشته اند بیشتر مستعد ابتلا به بیماری های عصبی مانند پارکینسون و آلزایمر در مراحل بعدی زندگی هستند.
Stabenfeldt توضیح می دهد: “سد خونی مغزی (BBB) مانعی بین بافت عروقی و مغزی است. در یک فرد سالم، BBB به شدت تبادل مواد مغذی و مواد زائد را از خون به مغز و بالعکس تنظیم می‌کند و اساساً مغز و سیستم عصبی مرکزی را تقسیم می‌کند.
در مرحله بعد، این گروه قصد دارد همکاری های خود را با شرکای بالینی ASU گسترش دهد و مطالعات خود را برای شروع به جستجوی همین مولکول ها در نمونه های انسانی گسترش دهد.
رویکرد تحقیقاتی آنها انجام یک جستجوی “biopanning” برای آشکار کردن چندین امضای مولکولی کلیدی، به نام نشانگرهای زیستی، که مستقیماً بلافاصله پس از حادثه آسیب (مرحله حاد) شناسایی می‌شوند، و همچنین عواقب طولانی‌مدت (مرحله مزمن) TBI بود.
سارا استابنفلد، استاد دانشگاه ASU
مارتینز، BI، و همکاران (2022) کشف استراتژی های هدف گیری TBI حساس زمانی-فضایی از طریق نمایش فاژ داخل بدن. علوم پایه. doi.org/10.1126/sciadv.abo5047.
این خط لوله کشف موفق اکنون به عنوان پایه ای برای نسل بعدی درمان و تشخیص TBI هدفمند عمل خواهد کرد.
مزیت کلیدی مجموعه ابزارها و تکنیک های آزمایشی آنها در سیستم نمایش فاژ این است که مولکول ها و نشانگرهای زیستی بالقوه شناسایی شده به اندازه کافی کوچک هستند تا از سوراخ های ریز درون شبکه BBB بلغزند — بنابراین راه را برای درمان مبتنی بر درمان باز می کنند. روی این مولکول ها
بریانا مارتینز، نویسنده اول این مطالعه، فارغ التحصیل اخیر دکترا در آزمایشگاه استابنفلد، گفت: روش ما برای کشف نشانگرهای زیستی به اندازه کافی برای تشخیص آسیب در مغزهایی که در نقاط مختلف آزمایش جمع آوری شده بودند، حساس بود. واقعاً جالب بود که ببینیم پروتئین‌های دخیل در بیماری‌های عصبی در 7 روز پس از آسیب تشخیص داده شدند، اما نه در زمان اولیه، یک روز پس از آسیب. این روش می تواند در بررسی جنبه های مختلف آسیب مغزی باشد.”
سارا استابنفلد، پروفسور ASU و رهبر و نویسنده مسئول این مطالعه که در مجله منتشر شده است، می گوید: متأسفانه مکانیسم های مولکولی و سلولی پیشرفت آسیب TBI چند وجهی است و هنوز به طور کامل مشخص نشده است. پیشرفت علم. در نتیجه، این پیچیدگی بر توسعه گزینه‌های تشخیصی و درمانی برای TBI تأثیر می‌گذارد؛ هدف تحقیق ما رسیدگی به این محدودیت‌های فعلی بود.»
منبع:
آسیب طولانی‌مدت باعث التهاب و تورم می‌شود و منجر به پاسخ ایمنی به عمل بهار می‌شود، اما همچنین می‌تواند منجر به اختلال در منابع انرژی مغز شود یا می‌تواند جریان خون مغز را خفه کند و منجر به مرگ سلول‌های عصبی بیشتر شود. ناتوانی دائمی.
Stabenfeldt گفت: “مطالعه ما از حساسیت و ویژگی فاژ برای کشف موتیف های هدف گیری جدید استفاده می کند.” “ترکیب فاژ و NGS [next-generation sequencing] قبلاً استفاده شده است، در نتیجه از تجزیه و تحلیل بیوانفورماتیک استفاده می شود. سهم منحصر به فرد مطالعه ما، کنار هم قرار دادن همه این ابزارها به طور خاص برای یک مدل in vivo TBI است.”
برای TBI، آسیب شناسی در طول زمان تکامل می یابد و تغییر می کند، به این معنی که یک پروتئین یا گیرنده ممکن است در یک مرحله از آسیب تنظیم شود، اما نه دو هفته بعد. این محیط پویا، توسعه یک استراتژی هدف گیری موفق را پیچیده می کند.”
با این حال، این مانع انتقال دارو به مغز را نیز پیچیده می کند، به طوری که اکثر مولکول ها/داروها به طور غیر فعال از این مانع عبور نمی کنند. بنابراین، زمینه تحویل دارو به دنبال راه‌هایی برای تعدیل مکانیسم‌های ورود و تحویل دارو بوده است. به طور مشابه، برای نشانگرهای زیستی مبتنی بر خون برای TBI یا سایر بیماری‌های عصبی، اختصاص به آسیب‌شناسی و انتقال مولکول (اگر منشا آن در مغز باشد) از مغز به خون یک چالش است.
استابنفلد می گوید: «جامعه تحقیقاتی ترومای عصبی یک زمینه تثبیت شده است که مدل های حیوانی پیش بالینی را برای درک بهتر آسیب شناسی TBI و ارزیابی اثربخشی مداخلات درمانی ایجاد و مشخص کرده است. استفاده از مدل موش ثابت ما را قادر ساخت نشانگر زیستی کشف کنیم که پیچیدگی و تکامل آسیب شناسی در کجا پیشرفت می کند.
برای غلبه بر این محدودیت‌ها، دانشمندان ASU به رهبری سارا استابنفلد از یک مدل موش برای مطالعه خود استفاده کردند تا با شناسایی نشانگرهای زیستی—اثرانگشت‌های مولکولی منحصربه‌فرد که با یک آسیب یا بیماری پیدا می‌شوند، به بررسی علل ریشه‌ای TBI بپردازند.