Aplikasi Aptamer dalam Neurosains Bahagian 2

Satu lagi neurotransmitter, serotonin, memainkan peranan dalam aktiviti neuromodulasi yang menjejaskan tidur, pencerobohan, selera makan, dan aktiviti seksual. Ia dihasilkan dalam bahagian badan yang berbeza, seperti otak, saraf tunjang, platelet, dan usus [81–84].

Serotonin adalah neurotransmitter yang memainkan peranan penting dalam kesihatan fizikal dan mental manusia. Dalam tubuh manusia, serotonin mengawal mood, mengawal selera makan dan tidur, dan menggalakkan perasaan keseronokan dan kesejahteraan fizikal. Walau bagaimanapun, serotonin juga memainkan peranan penting dalam mempengaruhi ingatan.

Penyelidikan telah mendapati bahawa serotonin boleh menggalakkan peningkatan ingatan dengan mengawal selia isyarat antara neuron. Apabila orang dirangsang secara positif, badan mengeluarkan serotonin, yang membantu menguatkan hubungan antara neuron dan meningkatkan kecekapan ingatan. Serotonin juga boleh menjadikan orang lebih kreatif, meningkatkan ketangkasan mental, dan membantu mendorong orang untuk belajar dan berfikir dengan lebih cepat.

Di samping itu, serotonin boleh membantu mengurangkan gejala kebimbangan dan kemurungan, masalah mood yang boleh memberi kesan negatif kepada tumpuan dan ingatan orang. Perasaan gembira dan keadaan mental selalunya boleh menggalakkan pengiktirafan dan keupayaan pembelajaran orang ramai tentang perkara baharu.

Ringkasnya, serotonin memainkan peranan yang sangat diperlukan dalam pembelajaran kesihatan fizikal dan mental kita, dan ingatan. Kita boleh meningkatkan pembebasan serotonin dan [meningkatkan ingatan] dengan mengubah tabiat pemakanan kita, jumlah senaman, kaedah pembelajaran, dsb., memupuk mentaliti yang positif dan sihat, dan sentiasa mencabar diri kita untuk terus menggalakkan peningkatan ingatan. Ia boleh dilihat bahawa kita perlu meningkatkan ingatan, dan Cistanche deserticola boleh meningkatkan ingatan dengan ketara, kerana Cistanche deserticola mempunyai kesan antioksidan, anti-radang dan anti-penuaan, yang boleh membantu mengurangkan pengoksidaan dan tindak balas keradangan dalam otak, dengan itu melindungi kesihatan sistem saraf. Selain itu, Cistanche deserticola juga boleh menggalakkan pertumbuhan dan pembaikan sel saraf, sekali gus meningkatkan ketersambungan dan fungsi rangkaian saraf. Kesan ini boleh membantu meningkatkan ingatan, pembelajaran, dan kelajuan pemikiran, dan mungkin juga menghalang perkembangan disfungsi kognitif dan penyakit neurodegeneratif.

Klik tahu suplemen untuk meningkatkan ingatan

Ketidakseimbangan tahap periferalserotonin telah dikaitkan dengan beberapa keadaan penyakit, termasuk hipertensi, penyakit buah pinggang, dan kemurungan. Oleh itu, menggunakan serotonin untuk meramalkan keadaan penyakit dan untuk memulakan rawatan yang betul mempunyai kepentingan klinikal.

Ujian plasmonik untuk serotonin telah dibangunkan dengan konjugat aptamer-AuNP yang mana pengagregatan diubah dengan kehadiran serotonin. Perubahan dalam pengagregatan zarah boleh diukur sebagai anjakan dalam panjang gelombang puncak penyerapan.

Ujian menunjukkan tindak balas khusus kepada serotonin dan tidak memberikan isyarat signifikan secara statistik dengan metabolitnya, 5-asid hidroksiindoleacetic(5-HIAA), epinefrin atau norepinefrin apabila setiap satu diuji pada 1 µM.

Fetal bovineserum, sebagai meniru serum manusia, juga tidak memulakan isyarat [85]. Baru-baru ini, neuroprobes transistor kesan medan implantableaptamer (FET) telah dibangunkan untuk memantau tahap serotonin dalam tisu otak. Permukaan ultranipis In2O3 bagi FET berskala nano telah diubah suai dengan aptamer dan neuroprobe ini mendayakan had pengesanan serotonin fM dalam vivo dengan biofouling minimum [86].

Dengan probe neuro tambahan, rakaman spatiotemporal neuralactivity akan dapat dilakukan supaya fungsi otak dapat difahami pada tahap yang lebih mendalam. Epinephrine ialah neurotransmitter katekolamin dengan pelbagai fungsi fisiologi yang mana tahap abnormal boleh menyebabkan masalah kesihatan seperti aritmia, infarksi miokardium, darah. peningkatan tekanan, dan edema pulmonari.

Adalah penting untuk mengukur epinefrin yang beredar untuk memerhatikan keadaan penyakit yang berkaitan ini. Dengan tujuan ini, kaedah pengesanan kolorimetrik, berdasarkan interaksi epinefrin dengan Au-NP yang difungsikan aptamer, telah dibangunkan. Sistem ini lebih murah dan lebih spesifik daripada teknik lain untuk mengukur epinefrin, seperti dengan kromatografi cecair, dan spektrofotometri.

Selain itu, had pengesanan sebanyak 0.9 nM telah ditentukan oleh spektroskopi boleh dilihat UV, iaitu had pengesanan terendah yang direkodkan untuk epinefrin menggunakan sebarang kaedah kolorimetrik. Analog epinefrin, 3,4-asid dihydroxyphenylacetic (DOPAC), triptofan, asid askorbik, dopamin, tyrosine dan asid homovanillic, menunjukkan sangat sedikit atau tiada tindak balas, yang menunjukkan kekhususan tinggi aptasensor [87].

Perubahan dalam tahap neurotransmitter tunggal boleh menunjukkan mana-mana daripada beberapa penyakit, yang menjadikannya sangat tidak mungkin diagnosis penyakit boleh dicapai berdasarkan pengukuran satu neurotransmitter. Oleh itu, keupayaan kebanyakan aptasensor untuk disepadukan ke dalam platform multipleks akan menghasilkan alat diagnostik yang lebih sesuai untuk klinik dan berpotensi untuk menyokong pengenalpastian penyakit yang lebih tepat.

2.3. Pengesanan Biomarker
Biomarker ialah sebarang bahan, struktur atau proses dalam badan yang sama ada menghasilkan hasil atau menunjukkan kehadiran penyakit tertentu. Banyak biomarker adalah bahan yang boleh diukur dalam biocecair seperti darah, air liur, dan air kencing.

Masalah utama pencirian biomarker untuk penyakit saraf ialah penghalang darah-otak (BBB) ​​yang melaluinya banyak molekul, termasuk banyak protein, tidak dapat dilalui. Walaupun protein adalah biomarker dominan untuk penyakit tertentu, peptida kecil, seperti neuropeptida Y atau serpihan protein, lebih berkemungkinan melepasi BBB dan dikesan dalam peredaran.

Metabolit ialah satu lagi kumpulan penting biomarker untuk gangguan neurologi.NeoVentures Biotechnology Inc. telah membangunkan pendekatan pemilihan aptamer yang dipanggilFRELEX, yang membenarkan pemilihan aptamer berdasarkan persaingan antara shortoligonucleotide yang melekat pada permukaan dan sasaran. Seperti untuk sel-SELEX dan bentuk lain bagi menukar struktur SELEX, protokol ini boleh dilakukan dengan sampel yang mengandungi campuran komponen tanpa pengetahuan awal tentang sasaran yang akan dipilih oleh aptamer.

Dengan bentuk SELEX ini, pemilihan balas dilakukan dengan subset komponen tertentu untuk memacu pemilihan aptamer yang memenuhi kekhususan yang diingini. Menggunakan FRELEX, aptamer dipilih terhadap serum daripada tikus transgenik yang mengekspresikan protein tau manusia secara berlebihan.

Untuk memacu pemilihan aptamer ke arah tau manusia dan akibat ekspresi berlebihan tau, serum daripada tikus jenis liar digunakan dalam pemilihan balas. Kumpulan itu mengenal pasti jujukan aptamer yang diperkaya menggunakan NGS dan mencirikan aptamer tertentu untuk tikus transgenik peringkat akhir dan tikus jenis liar dengan membandingkan kelimpahan relatifnya.

Mereka membuat hipotesis bahawa perbezaan dalam kelimpahan mencerminkan kepekatan masing-masing epitop (meningkat sebagai tindak balas kepada overexpression tau) yang mana aptamer boleh berinteraksi [29].

3. Aplikasi Diagnostik dan Terapeutik

Penyakit neurodegeneratif (NDs) melibatkan degenerasi neuron dalam otak yang mengakibatkan kehilangan struktur dan fungsi sistem saraf pusat. ND boleh disebabkan oleh faktor penuaan, genetik dan persekitaran.

Demensia adalah salah satu ND berkaitan usia yang paling biasa seperti penyakit Alzheimer (AD). Penyakit Parkinson (PD) boleh disebabkan oleh mutasi genetik dan/atau toksin persekitaran. Amyotrophic lateral sclerosis(ALS), Multiple Sclerosis (MS), Huntington's disease (HD), dan penyakit prion ialah ND biasa yang mempunyai pautan genetik.

Malangnya, tiada penawar berkesan mahupun strategi pengesanan awal tersedia untuk penyakit ini. Seperti antibodi yang digunakan secara meluas, aptamer telah menjadi agen yang menarik untuk digunakan untuk membangunkan biosensor baru untuk diagnosis awal ND dan menyembuhkan penyakit ini [88].

3.1. Penyakit Alzheimer

Sebagai gangguan otak progresif yang berkaitan dengan usia yang mengakibatkan kekurangan mental, AD adalah bentuk demensia yang paling biasa. Patologinya dicirikan oleh pengagregatan amiloid- (A ) yang diperoleh daripada protein prekursor amiloid (APP) dan dimulakan di kawasan otak hippocampus.

Walaupun saintis membuat hipotesis bahawa neurotoksisiti akibat A dikaitkan dengan plak A (AP) dan fibril (AF) tidak larut, bukti terkini menunjukkan bahawa oligomer A terlarut (AO) juga dikaitkan dengan permulaan AD.
Oleh itu, AO telah dikenal pasti sebagai biomarker yang menarik untuk diagnosis awal AD, dan A dan tau dianggap sebagai sasaran terapeutik yang penting untuk merawat AD [89].

3.1.1. Diagnostik AD

Aptamer yang diterangkan awal terhadap AO mempunyai pertalian dan kekhususan yang rendah, tetapi kajian kemudian lebih berjaya dalam mengenal pasti aptamer yang secara terpilih mengecam fibril daripada 40-bentuk sisa A (A 40) tetapi bukan polimer A 40 [90].

Walau bagaimanapun, aptamers kekurangan kekhususan tinggi untuk fibril A 40 berbanding fibril beberapa protein amyloidogenik lain yang telah diuji. Aptamer DNA yang dipilih untuk berinteraksi dengan oligomer -synuclein ( -syn) dengan 68-nM afiniti juga ditunjukkan untuk mengikat AO dengan 25-nM afiniti [91]. Pada tahun 2019, menggunakan aptamer yang sama yang diperoleh oleh Tsukakoshi et al., aptasensor elektrokimia bebas label telah dibangunkan untuk pengiktirafan AO yang lebih spesifik [92].

Aptamer memasang sendiri elektrod rod ongold melalui interaksi tiol (-S) dan sistem mempunyai had pengesanan 30 ppm, ditentukan oleh EIS. Ini adalah aptasensor pertama yang berjaya digunakan untuk memantau pengagregatan protein A berdasarkan EIS, yang mungkin disebabkan oleh selektiviti tinggi aptamer di kalangan spesies A. Dengan fabrikasi yang mudah dan penjanaan semula yang berkesan, aptasensor ini mungkin merupakan alat diagnostik yang menjanjikan untuk pengesanan awal AD dan untuk menunjukkan pengumpulan protein A [92].

Aptasensor untuk mengesan A oligomer telah dibangunkan menggunakan aptamer DNA -syn [91] dalam kompleks dengan metilena biru (MB) dan dilekatkan pada anodicalumina nanoporous. Pekali penyerapan MB yang tinggi untuk cahaya putih menghasilkan intensiti cahaya putih yang dipantulkan yang rendah.

Dengan kehadiran oligomer A, kompleks aptamer/MB tercerai dan peningkatan cahaya pantulan dikesan oleh interferometrik reflectancespectroscopy (IRS) [93]. Aptasensor mempunyai had pengesanan 8 pM dan tindak balas yang baik kepada oligomer A, dalam julat kepekatan dari 0.5 hingga 50 nM. Kekusutan Neurofibrillary (NFT) ialah ciri patologi AD.

Pembentukan NFT dimulakan dalam hippocampus dan tahap pembentukan NFT dikaitkan dengan keterukan demensia dalam AD. Hiperfosforilasi protein berkaitan mikrotubule, tau menggalakkan keupayaannya untuk merekrut dan menyusun tau normal ke dalam filamen, yang menjadi NFT. Oleh itu, hiperfosforilasi tau dicadangkan sebagai salah satu punca utama AD.

Sebagai tambahan kepada peranan normalnya dalam menggalakkan pemasangan mikrotubul dan menstabilkan mikrotubul yang dipasang, tau telah diperhatikan oleh elektroforesis kapilari bukan keseimbangan (CE) untuk mengikat tiga oligonukleotida ssDNA yang dipilih secara rawak, salah satunya, ssDNA1, terikat kepada tau381 dengan pertalian tinggi (Kd {{ 3}} nM) [94].

Ujian aptamer/antibodysandwich telah dibangunkan menggunakan ssDNA1 untuk mengesan kepekatan femtomolar protein tau dalam plasma manusia melalui resonans plasmon permukaan (SPR) [95].

Dalam kajian lain, aptamer DNA telah dipilih terhadap keseluruhan protein tau daripada 441 asid amino (tau441) dengan teknik pemilihan pantas berdasarkan pembahagian elektroforesis kapilari dengan pusingan tiga pilihan selesai dalam satu hari. Lima aptamer yang dipilih daripada hasil penjujukan pemprosesan tinggi telah dinilai oleh SPR untuk keupayaan pengecaman tau mereka.

Potensi analitikal aptamer dengan pertalian yang lebih tinggi ditunjukkan oleh ujian anisotropi pendarfluor fasa homogen. Protein tau441 terikat afiniti tinggi ini dan isoform yang lebih pendek, tau352, tau381, dan tau383 dengan had pengesanan masing-masing 28 nM, 6.3 nM, 3.2 nM, dan 22 nM, dalam ujian ini [96].

3.1.2. Terapi AD

Sebagai salah satu terapi yang berpotensi, aptamer RNA telah dipilih untuk menghalang pengagregatan A 40. Semasa pemilihan, oligomer A telah dikonjugasikan kepada nanopartikel emas (A -AuNPs) dan dua aptamer dikenal pasti sebagai calon aptamer selepas SELEX.

Kanak-kanak 10–20 nM. Aptamer ini menghalang pembentukan plak dan fibril seperti yang didedahkan oleh mikroskop elektron penghantaran dan ujian imunosorben berkaitan enzim A 40 (ELISA) [97].

Peptida umpan (DP) alkohol dehidrogenase (ABAD), yang berinteraksi dengan A, menentang sitotoksisiti peptida A. Jujukan ABAD-DP telah dimasukkan antara dua tiol yang membentuk ikatan disulfida dalam thioredoxin (TRX) untuk mencipta TRX1-ABAD-DP-TRX2peptide aptamer. Ekspresi stabilnya dalam sel NIH 3T3 menggunakan virus berkaitan adeno telah disahkan dengan pewarnaan imunofluoresen.

Aptamer yang dinyatakan boleh mengikat peptida A dan meningkatkan daya maju sel. Penyiasatan ini mengesahkan perencatan berkesan kesan sitotoksik peptida A oleh aptamer peptida [98]. Protein Tau biasanya berkait dengan dan menstabilkan mikrotubulus, tetapi hiperfosforilasinya boleh mengakibatkan agregat protein yang disebut "tauopati", yang beracun.

Aptamer DNA Tau-1, yang dipilih terhadap tau441 manusia, menghalang oligomerisasi Tau1 secara in vitro [99]. Perencatan ini turut disahkan dalam kajian kultur sel menggunakan sel HEK293 [100].Beta-secretase (BACE1) mempunyai peranan dalam pengeluaran A, dan perencatan ekspresi BACE1 adalah maut pada tikus. Rawatan untuk AD mungkin melibatkan modulasi BACE1.

Walau bagaimanapun, tapak aktifnya yang besar menjadikan BACE1 sebagai sasaran yang mencabar untuk perencat molekul kecil. Untuk mengelakkan ini, aptamer asid nukleik mungkin merupakan alat baru untuk menghalang aktiviti BACE1. Enzim ini mempunyai ekor sitoplasma, B1-CT, berfungsi sebagai tapak dok untuk protein seperti pendamping kuprum untuk superoksida dismutase-1 (CCS) dan protein pengikat faktor ribosilasi ADP(GGA1).

Peranan fisiologi B1-CT sebahagian besarnya tidak diketahui. Aptamers RNA yang menyasarkan B1-CT mengikat separuh proksimal membran terminal C BACE1 menghalang pengambilan CCS sambil membenarkan pengikatan GGA1 kepada BACE1 dan mengawal selia pengangkutan BACE1 ke endosom kitar semula [101].

Untuk menyasarkan BACE1 secara khusus, aptamer DNA, BI1 dan BI2, telah dihasilkan terhadap BACE1, yang menghalang BACE1 tetapi bukan alfa mahupun gamma-secretase. Menggunakan talian sel HEK293 yang ditransfeksi secara stabil, mereka menyatakan prekursor protein amiloid (APP) dan, menggunakan ujian pemindahan tenaga resonans pendarfluor in-vitro (FRET), mereka menunjukkan bahawa tahap A telah dikurangkan, dan kekurangan selular telah diselamatkan dalam garis sel neuron kultur primer. [102]. Kecekapan aptamer telah dipertingkatkan lagi dengan penambahan cholesteryltetra ethylene glycol (TEG).

3.2. Penyakit Parkinson

Penyakit Parkinson (PD) adalah penyakit neurodegeneratif kedua paling biasa, yang menjejaskan kira-kira tujuh juta orang di seluruh dunia. Walaupun merupakan penyakit progresif yang dicirikan oleh ciri motor dan bukan motor, ia mempunyai kesan klinikal yang ketara kepada pesakit akibat kehilangan pergerakan dan kawalan otot mereka.

Kehilangan neuron dopaminergik striatal dan kehilangan neuron di kawasan nondopaminergik mencirikan PD. Kehilangan neuron secara amnya dikaitkan dengan pembentukan badan Lewy yang khas. Oleh itu, kehadiran badan Lewy yang mengandungi oligomer -syn dalam otak dianggap sebagai sasaran terapeutik dan diagnostik yang mungkin untuk PD.

3.2.1. Diagnostik PD

Aptamer pertama, "M5-15", dipilih terhadap -syn tidak mempunyai kekhususan untuk oligomer dan juga boleh mengikat monomer -syn [103]. Aptamer DNA, kemudian dipilih, ditunjukkan untuk berinteraksi dengan oligomer -syn dan bukan monomer -syn tetapi mengikat A 1–40 oligomer.

Penyiasat juga meneroka kekhususan aptamer untuk -syn oligomer berbanding protein lain dengan struktur yang kebanyakannya -helaian, seperti -sheet propellerstructure pyrroloquinoline quinine glucose dehydrogenase (PQQH), dan menunjukkan bahawa aptamer tidak mengikat PQQH [91]. daripada aptasensor telah dilaporkan mampu mengukur -synoligomer.

Aptasensor kolorimetrik, menggunakan aptamer DNA terhadap -synoligomer, telah diserap kepada nanozarah emas (AuNPs), yang menghalang pengagregatan induksi garam bagi nanozarah. Pengikatannya pada oligomer -syn menghalang penyerapan aptamer ke permukaan AuNPs, yang membolehkan pengagregatan AuNPs dicetuskan dalam kepekatan garam yang tinggi dan mengakibatkan perubahan warna.

Sistem ini dilaporkan dengan LoD 10 nM. Walau bagaimanapun, serum (walaupun pada 2%) menyumbang kepada penyerapan sebatian dalam julat perubahan warna dalam ujian dan mengganggu pengagregatan bergantung kepada garam aptamer-Au-NPs.

Aptasensor yang menggunakan EIS dan SPR adalah lebih sensitif, dengan LoDs masing-masing 1 pM dan 8 pM [104]. Aptasensor EIS didapati sangat spesifik untuk oligomer berbanding monomer dan tidak terjejas oleh kehadiran serum [104]. Reka bentuk yang terperinci untuk pesensor elektrokimia untuk mengesan -syn oligomer melibatkan hibrid yang dibentuk oleh urutan pelengkap kepada aptamer oligomer -syn yang dipautkan ke permukaan emas melalui ikatan tiol dan termasuk terminal deoxynucleotidyl transferase (TdT) dan dTTP untuk memanjangkan 30hujung aptamer dan pelengkap dengan polip tambahan.

SsDNA boundmethylene blue yang dilanjutkan dan mempromosikan perkaitannya dengan permukaan emas, dengan itu mencipta isyarat anelectrochemical. Di samping itu, sistem itu mengandungi exonuclease I (Exo I), yang khusus untuk ssDNA. Apabila aptamer dikeluarkan daripada kompleks binari dengan pelengkapnya melalui pengikatannya kepada oligomer -syn, helai pelengkap dicerna oleh Exo I, menghalang pengumpulan metilena biru pada permukaan emas dan dengan itu mengurangkan isyarat elektrokimia.

Had pengesanan ialah 10 PM (S/N=3) dan pemulihan isyarat dengan kehadiran 10% dan kepekatan serum yang lebih rendah adalah 95.3–107% yang sangat boleh diterima [105]. Walau bagaimanapun, kerumitannya dan penggabungan enzim menjadikan sistem ini kurang berkemungkinan stabil untuk penyimpanan dan boleh dihasilkan semula di lapangan. Gabungan spektrometri jisim elektroforesis-kapilari (CE-MS) dengan pengekstrakan fasa pepejal (SPE) untuk pra-memusatkan sasaran dengan kartrij mikro yang diubah suai aptamer dalam jumlah besar sampel yang disuntik mengurangkan had pengesanan 100-kali ganda berbanding sistem CE-MS.

Dalam sistem baru ini, sampel dibersihkan dan volum diminimumkan untuk analisis yang dipertingkatkan dengan menggunakan kartrij mikro yang secara selektif mengekalkan sasaran. Pesorben afiniti aptamer (AA) dalam kartrij didapati sebagai antibodi toan alternatif yang unggul sorben berasaskan immunoaffinity (IA) sebagai elektrolit latar belakang yang diperlukan untuk membilas sistem juga menyahtukarkan antibodi.

Pembangunan AA-SPE-CE-MS telah dicapai dengan mengubah suai kartrij mikro dengan aptamer DNA M5-15. Sistem ini menunjukkan LoD 2.8 nM dan mempunyai julat pengesanan linear antara 7 dan 140 nM -syn dalam sampel darah.

Juga, pengenalpastian bebas dan N-asetilasi -syn proteoform adalah mungkin hasil daripada pengesanan jisim yang sangat tepat dan kuasa penyelesaian MS. Akhir sekali, kartrij mikro didapati stabil walaupun dengan BGE berasid dan boleh digunakan untuk kira-kira 20 analisis dengan peluang yang rendah untuk mengukur sasaran yang salah [106].

For more information:1950477648nn@gmail.com