20 november 2019

2019-11-20-11.30: Nieuwe ontwikkelingen tegen de ziekte van Alzheimer - New developments against Alzheimer's disease

Nederlands -English

NEDERLANDS:

Israëlische onderzoekers hebben nu een technologie ontwikkeld voor het transport van medicijnen binnen silicium nanostructuren naar de hersenen.

Bron: Breaking Israel News

Medicijnen in de hersenen krijgen is geen gemakkelijke taak omdat het belangrijkste orgaan van het lichaam onder de bloed-hersenbarrière (BBB) ligt die de centrale zenuwterm beschermt tegen aanvallen van bacteriën en andere schadelijke stoffen via het bloed. Hoewel een dergelijke afweer gunstig is, beperkt het ook de doorgang van medicijnen naar de hersenen om hersenaandoeningen te behandelen.

Prof. Ester Segal

Israëlische onderzoekers hebben nu een technologie ontwikkeld voor het transport van medicijnen binnen nanostructuren van silicium naar de hersenen. Deze nanostructuren zorgen voor gerichte afgifte in de hersenen met behulp van een 'genenpistool' en geven een essentieel eiwit vrij dat de ontwikkeling van de ziekte van Alzheimer, de meest voorkomende vorm van dementie, kan remmen.

Onderzoekers van het Technion-Israel Institute of Technology in Haifa en hun partners aan de Bar-Ilan University in Ramat Gan bij Tel Aviv hebben onlangs hun bevindingen gepubliceerd in het tijdschrift Small onder de titel “Neuroprotective Effect of Nerve Growth Factor Loaded in Porous Silicon Nanostructures in een model van de ziekte van Alzheimer en potentiële levering aan de hersenen. ”Het artikel verdiende ook een cover van het tijdschrift.

Het onderzoek werd geleid door Prof. Ester Segal en promovendus Michal Rosenberg van de Technion Faculteit voor Biotechnologie en Food Engineering en hun partners, Prof. Orit Shefi en Ph.D. student Neta Zilony-Hanin van de faculteit Ingenieurswetenschappen van Bar-Ilan.

De symptomen van Alzheimer zijn onder meer geheugenverlies, spraakstoornissen, oriëntatieproblemen en aanzienlijke stoornissen van motorische functies. De ziekte treft vooral de oudere bevolking en bereikt na de leeftijd van 85 jaar een prevalentie van ongeveer 30%. Vanwege de toename van de levensverwachting en de groei van de oudere bevolking over de hele wereld, is de algemene incidentie van de ziekte gestegen en wordt deze tegenwoordig de 'grijze epidemie' of de '21ste-eeuwse pest' genoemd.

De neurodegeneratieve ziekte wordt veroorzaakt door de ophoping van een eiwit genaamd amyloïd-beta in hersenweefsels die neuronen (zenuwcellen) in verschillende delen van de hersenen blokkeren en doden. Dit leidt gedeeltelijk tot schade aan de cholinerge mechanismen die essentieel zijn voor de hersenfunctie.

Het toedienen van een specifiek eiwit, een neurale groeifactor, remt de schade aan de cholinerge mechanismen en de verergering van de ziekte.

De Israëlische onderzoekers hebben een innovatieve oplossing voor deze uitdaging gepresenteerd: siliciumchips op nanoschaal voor directe insertie van het eiwit in de hersenen en de afgifte ervan in het doelweefsel. De speciale siliciumchips, ontwikkeld in het laboratorium van Segal, hebben een poreuze structuur op nanoschaal waardoor ze kunnen worden geladen met grote hoeveelheden eiwit.

Door nauwkeurige controle van chipeigenschappen - poriënafmetingen, oppervlakte chemische eigenschappen en meer - bereikten de onderzoekers een optimale configuratie die het eiwit in zijn actieve vorm behoudt en vervolgens geleidelijk vrijgeeft, over een periode van ongeveer een maand. Vervolgens worden de chips veilig afgebroken in de hersenen en lossen ze op.

Het eiwit hoeft dus niet de bloed-hersenbarrière te passeren omdat het op twee manieren rechtstreeks in de hersenen wordt ingebracht - door het in de hersenen te implanteren (als een chip) of het naar zijn doel te sturen als microdeeltjes met behulp van een speciaal genenpistool. Bij het bereiken van de doellocatie in de hersenen komt het eiwit vrij uit de chip en valt de chip uiteen in niet-toxische componenten.

"In een reeks experimenten hebben we bij muizen aangetoond, dat de twee manieren om het platform in de hersenen af te leveren tot het gewenste resultaat hebben geleid", zei Rosion. "Bovendien is onze technologie ook getest in een cellulair model van de ziekte van Alzheimer en inderdaad, de eiwitafgifte heeft geleid tot het redden van de zenuwcellen."

___________________________
ENGLISH:

Israeli researchers have now developed a technology for transporting drugs within silicon nanostructures to the brain

Source: Breaking Israel News

Getting medications into the brain is no easy task because the body’s most important organ rests beneath the blood-brain barrier (BBB) that protects the central nervous term from being attacked by bacteria and other harmful substances via the blood. While such a defense is beneficial, it also restricts the passage from the bloodstream to the brain, of drugs intended to treat brain diseases. 

Prof. Ester Segal

Israeli researchers have now developed a technology for transporting drugs within silicon nanostructures to the brain. Providing targeted delivery in the brain with the use of a “gene gun,” these nanostructures release an essential protein that can inhibit the development of Alzheimer’s disease, the most common type of dementia. 

Researchers at the Technion-Israel Institute of Technology in Haifa and their partners at Bar-Ilan University in Ramat Gan near Tel Aviv has recently published their findings in the journal Small under the title “Neuroprotective Effect of Nerve Growth Factor Loaded in Porous Silicon Nanostructures in an Alzheimer’s Disease Model and Potential Delivery to the Brain.” The articlealso earned a cover of the magazine. 

The research was led by Prof. Ester Segal and doctoral student Michal Rosenberg from the Technion Faculty of Biotechnology and Food Engineering and their partners, Prof. Orit Shefi and Ph.D. student Neta Zilony-Hanin from Bar-Ilan’s Faculty of Engineering.

Alzheimer’s symptoms include memory loss, speech impairments, orientation problems, and significant impairment of motor functions. The disease mostly strikes the elderly population, and after the age of 85, it reaches a prevalence of some 30%. Due to the increase in life expectancy and the growth in the elderly population around the world, the overall incidence of the disease has risen and is today referred to as the “gray epidemic” or the “21st-century plague.”

The neurodegenerative disease is caused by the accumulation of a protein called amyloid-beta in brain tissues that block and kills neurons (nerve cells) in different parts of the brain. This leads, in part, to damage to the cholinergic mechanisms essential for brain function. 

Administering a specific protein called a neural growth factor inhibits the damage to the cholinergic mechanisms and the exacerbation of the disease.

The Israeli researchers have presented an innovative solution to this challenge: Nanoscale silicon chips for direct insertion of the protein into the brain and its release into the target tissue. The dedicated silicon chips, developed in Segal’s lab, have a nanoscale porous structure that makes it possible for them to be loaded with large amounts of protein. 

Through precise control of chip properties – pore dimensions, surface chemical properties and more – the researchers reached an optimal configuration that retains the protein in its active form and then releases it gradually, over a period of about a month. Then the chips safely degrade in the brain and dissolve. 

Thus the protein is not required to cross the blood-brain barrier because it is inserted directly into the brain in one of two ways – by implanting it into the brain (as a chip) or sending it to its target as microparticles with the use of a dedicated gene gun. Upon reaching the target location in the brain, the protein is released from the chip and the chip breaks down into non-toxic components. 

“In a series of experiments, we showed in mice that the two ways of delivering the platform into the brain led to the desired result,” said Technion doctoral student Rosenberg. “Furthermore, our technology has also been tested in a cellular model of Alzheimer’s disease and indeed, the protein release has led to rescuing the nerve cells.”