شناسایی دو ترکیب آزمایشگاهی با قدرت مهار بالای آنزیم‌های مرتبط با آلزایمر
پژوهشگران دانشگاه علوم پزشکی تهران با همکاری محققان دیگر، ۱۷ ترکیب شیمیایی جدید را طراحی و تولید کردند که در آزمایشگاه توانستند دو آنزیم دخیل در تجزیه استیل‌کولین؛ پیام‌رسان مهم مغز در فرایندهای یادگیری و حافظه را مهار کنند؛ دو ترکیب از این مجموعه عملکرد برجسته‌تری نشان دادند، اما بررسی امکان تبدیل آنها به داروی آلزایمر به مطالعات تکمیلی نیاز دارد.
به نقل از علم خوان، بیماری آلزایمر یکی از شایع‌ترین علل زوال عقل است که با کاهش تدریجی حافظه و اختلال در دیگر توانایی‌های شناختی همراه می‌شود. در مغز افراد مبتلا به این بیماری، فعالیت برخی مسیرهای عصبی مرتبط با پیام‌رسان شیمیایی استیل‌کولین کاهش می‌یابد. این ماده در انتقال پیام میان سلول‌های عصبی و فرایندهایی مانند یادگیری و حافظه نقش دارد.
دو آنزیم به نام‌های استیل‌کولین‌استراز (AChE) و بوتیریل‌کولین‌استراز (BChE) وظیفه تجزیه استیل‌کولین را بر عهده دارند. مهار فعالیت این آنزیم‌ها می‌تواند به افزایش و حفظ استیل‌کولین در فضای ارتباطی میان سلول‌های عصبی کمک کند. برخی داروهای مورد استفاده برای کنترل علائم آلزایمر، از جمله دونپزیل و گالانتامین نیز بر اساس همین سازوکار عمل می‌کنند. در همین راستا، پژوهشگران دانشگاه علوم پزشکی تهران با همکاری محققان داخلی و خارجی، مجموعه‌ای از ترکیبات شیمیایی جدید را با هدف مهار هم‌زمان این دو آنزیم طراحی و تولید کردند. نتایج این پژوهش در نشریه علمی RSC Medicinal Chemistry منتشر شده است.
پژوهشگران برای طراحی این ترکیبات از سه بخش شیمیایی کاربازول، آکریل‌آمید و پیریدینیوم استفاده کردند و با ترکیب ویژگی‌های ساختاری این مواد، در مجموع ۱۷ ترکیب جدید با شناسه‌های 12a تا 12q ساختند. در ادامه، فعالیت این ترکیبات در برابر دو آنزیم AChE و BChE در محیط آزمایشگاهی بررسی و نتایج با عملکرد دو ماده مرجع، تاکرین و گالانتامین، مقایسه شد. برای اندازه‌گیری قدرت مهارکنندگی ترکیبات از شاخصی به نام IC50 استفاده شد. این شاخص نشان می‌دهد چه غلظتی از یک ماده می‌تواند فعالیت آنزیم را در شرایط آزمایش به میزان ۵۰ درصد کاهش دهد. هرچه مقدار این شاخص کمتر باشد، قدرت مهارکنندگی ماده در همان آزمون بیشتر است.
نتایج آزمایش‌ها نشان داد مقدار IC50 ترکیبات ساخته‌شده برای مهار آنزیم AChE بین ۶.۴۱ تا ۷۴.۹۳ نانومولار و برای مهار آنزیم BChE بین ۳۸.۰۵ تا ۱۹۱.۹۶ نانومولار بوده است. بر اساس نتایج گزارش‌شده در پژوهش، همه ترکیبات در آزمون‌های انجام‌شده قدرت مهارکنندگی بیشتری از گالانتامین داشتند و بیشتر آنها نیز عملکرد بهتری نسبت به تاکرین نشان دادند. در میان این ترکیبات، دو ماده عملکرد برجسته‌تری داشتند. ترکیب 12i قوی‌ترین مهارکننده آنزیم AChE بود و مقدار IC50 آن به ۶.۴۱ نانومولار رسید. قدرت مهارکنندگی این ترکیب در آزمون انجام‌شده حدود ۹.۱ برابر تاکرین و ۱۹.۵ برابر گالانتامین گزارش شد.
همچنین ترکیب 12g بیشترین قدرت مهار آنزیم BChE را نشان داد و مقدار IC50 آن ۳۸.۰۵ نانومولار بود. این ترکیب در آزمون مورد نظر حدود ۴.۲ برابر قوی‌تر از تاکرین و ۵.۷ برابر قوی‌تر از گالانتامین عمل کرد. بررسی ارتباط میان ساختار شیمیایی و فعالیت ترکیبات نیز نشان داد نوع و محل قرارگیری گروه‌های شیمیایی متصل به بخش فنیلی مولکول بر قدرت مهارکنندگی آنها اثرگذار است. به‌ویژه، حضور برخی گروه‌های شیمیایی مانند فلوئور، کلر و نیترو با افزایش فعالیت مهاری همراه بود.
پژوهشگران برای شناسایی سازوکار عملکرد ترکیبات برتر، آزمایش‌های سینتیکی انجام دادند. نتایج نشان داد این ترکیبات از نوع مهارکننده رقابتی هستند؛ به این معنا که برای اتصال به جایگاه فعال آنزیم با ماده طبیعی مورد فعالیت آنزیم رقابت می‌کنند و از این طریق مانع عملکرد آن می‌شوند.
در بخش دیگری از پژوهش، از روش‌های محاسباتی شامل اتصال مولکولی و شبیه‌سازی دینامیک مولکولی برای بررسی نحوه قرارگیری ترکیبات در جایگاه فعال آنزیم‌ها و پایداری برهم‌کنش آنها استفاده شد. نتایج این بررسی‌ها با یافته‌های آزمایشگاهی همخوانی داشت و امکان اتصال مناسب ترکیبات به آنزیم‌ها را تأیید کرد. پژوهشگران در مرحله دیگری از مطالعه، اثر ترکیبات را بر دو رده سلولی SH-SY5Y با منشأ نوروبلاستوما و HEK293 با منشأ کلیوی جنینی انسان بررسی کردند. هدف از این آزمایش‌ها، ارزیابی اولیه سمیت ترکیبات و مقایسه اثر آنها بر دو نوع سلول بود.
نتایج نشان داد دو ترکیب 12i و 12g در مقایسه با سایر ترکیبات، الگوی انتخاب‌پذیری مطلوب‌تری در آزمون سلولی داشتند؛ به این معنا که اثر سمی آنها بر سلول‌های SH-SY5Y بیشتر از سلول‌های HEK293 بود. برای ترکیب 12i، مقدار IC50 در سلول‌های SH-SY5Y برابر با ۷.۱۱ میکرومولار و شاخص انتخاب‌پذیری آن ۷ گزارش شد. این مقادیر برای ترکیب 12g به‌ترتیب ۸.۶۰ میکرومولار و ۵.۸ بود.
البته این نتایج به معنای محافظت از سلول‌های عصبی یا اثبات ایمنی ترکیبات نیست؛ چراکه سلول‌های SH-SY5Y از رده سلولی توموری نوروبلاستوما هستند و کاهش زنده‌مانی آنها را نمی‌توان معادل اثرگذاری درمانی بر نورون‌های سالم دانست. همچنین سلول‌های HEK293 نیز سلول عصبی طبیعی نیستند و مقایسه اثر ترکیبات بر این دو رده سلولی، به‌تنهایی برای ارزیابی ایمنی آنها در مغز کافی نیست.
یافته‌های این پژوهش نشان می‌دهد ساختار شیمیایی ترکیبات طراحی‌شده می‌تواند مبنایی برای توسعه مهارکننده‌های هم‌زمان دو آنزیم AChE و BChE باشد؛ با این حال، قدرت مهار آنزیم‌ها در محیط آزمایشگاهی به‌تنهایی اثربخشی درمانی در مغز انسان را اثبات نمی‌کند.
یکی از پرسش‌های مهم درباره این ترکیبات، توانایی عبور آنها از سد خونی ـ مغزی است؛ ساختاری طبیعی که ورود بسیاری از مواد موجود در جریان خون به بافت مغز را محدود می‌کند. علاوه بر این، بررسی سمیت در مدل‌های مناسب‌تر، میزان جذب و دفع، پایداری ترکیبات و اثرات احتمالی آنها بر سلول‌های عصبی سالم از جمله مراحلی است که باید پیش از ارزیابی ظرفیت درمانی این مواد انجام شود. بر این اساس، پژوهشگران انجام مطالعات حیوانی و بررسی توانایی عبور ترکیبات از سد خونی ـ مغزی را برای ارزیابی بیشتر آنها ضروری دانسته‌اند.
در مجموع، این پژوهش به ساخت ۱۷ ترکیب جدید و شناسایی دو ماده با قدرت مهارکنندگی برجسته در برابر آنزیم‌های تجزیه‌کننده استیل‌کولین انجامیده است؛ یافته‌ای که می‌تواند به طراحی ترکیبات جدید در مسیر تحقیقات مرتبط با آلزایمر کمک کند، اما هنوز نمی‌توان از این مواد به‌عنوان داروهای مؤثر یا ایمن برای درمان این بیماری نام برد.
نظر شما