In silico design and physicochemical characterisation of a dual-action intranasal nanoparticle formulation for Alzheimer’s disease

मानव मस्तिष्क एक किला है, जो एक अत्यधिक चयनात्मक बाधा द्वारा संरक्षित है जो अधिकांश बाहरी पदार्थों को बाहर रखता है जबकि आवश्यक पोषक तत्वों को गुजरने देता है। यह रक्षा, जिसे रक्त-मस्तिष्क अवरोध (ब्लड-ब्रेन बैरियर) के रूप में जाना जाता है, हमारे स्वास्थ्य के लिए सुरक्षा की एक महत्वपूर्ण रेखा है, लेकिन यह मस्तिष्क के भीतर उत्पन्न होने वाली बीमारियों के इलाज के लिए एक कठिन बाधा भी पेश करती है। अल्जाइमर रोग जैसी स्थितियों के लिए, जहाँ विषाक्त प्रोटीन जमा होते हैं और तंत्रिका कोशिकाओं के बीच महत्वपूर्ण संचार संकेत विफल हो जाते हैं, इस बाधा के पार दवा पहुँचाना लंबे समय से एक प्राथमिक चुनौती रही है। वर्तमान उपचार अक्सर लक्षणों को अस्थायी रूप से प्रबंधित करते हैं लेकिन वे अंतर्निहित रोग प्रक्रिया को नहीं रोकते हैं, जिसमें एक विशिष्ट विकास संकेत का टूटना शामिल है जो न्यूरॉन्स को स्वस्थ रखता है और एक प्रोटीन का आपस में जुड़ना शामिल है जो उनकी आंतरिक संरचना को बाधित करता है। शोधकर्ताओं ने लंबे समय से मस्तिष्क तक सीधे दवा पहुँचाने का एक तरीका खोजा है, जो पूरी तरह से रक्तप्रवाह को दरकिनार कर दे, और एक आशाजनक मार्ग नाक है, जो केंद्रीय तंत्रिका तंत्र के लिए एक सीधा तंत्रिका राजमार्ग प्रदान करती है।

हाल ही में एक अध्ययन में, शोधकर्ताओं की एक टीम ने दो अलग-अलग दृष्टिकोणों को एक ही, सूक्ष्म वितरण प्रणाली में संयोजित करके अल्जाइमर रोग से निपटने की एक नई रणनीति का पता लगाया। उन्होंने दो विशिष्ट समस्याओं पर ध्यान केंद्रित किया: बीडीएनएफ (BDNF) नामक एक महत्वपूर्ण विकास संकेत की हानि, जो मस्तिष्क कोशिकाओं के अस्तित्व का समर्थन करता है, और ताऊ (tau) नामक एक गलत तरीके से मुड़े हुए प्रोटीन का संचय, जो न्यूरॉन्स के भीतर हानिकारक गुच्छे बनाता है। इन मुद्दों को हल करने के लिए, उन्होंने दो छोटे अणुओं का चयन किया: एक जो विकास संकेत की नकल करने के लिए डिज़ाइन किया गया है और दूसरा जो विषाक्त प्रोटीन के गुच्छों में हस्तक्षेप करने के लिए बनाया गया है। इन अणुओं को साधारण तरल के रूप में देने के बजाय, टीम ने उन्हें एक बायोडिग्रेडेबल (जैव-अपघटनीय) प्लास्टिक से बने सूक्ष्म गोलों के भीतर लपेटा, जिससे एक नैनोपार्टिकल फॉर्मूलेशन तैयार हुआ। इस डिज़ाइन का उद्देश्य दवाओं को नाक के माध्यम से यात्रा करते समय सुरक्षित रखना और उन्हें मस्तिष्क की रक्षा प्रणाली से फिसलने में मदद करना था।

शोधकर्ताओं ने इन अणुओं के अपने लक्ष्यों से जुड़ने की क्षमता का अनुमान लगाने के लिए शक्तिशाली कंप्यूटर सिमुलेशन का उपयोग करके शुरुआत की। उन्होंने अपने चुने हुए यौगिकों के प्रदर्शन की तुलना अल्जाइमर की दो मौजूदा, स्वीकृत दवाओं से की। उनके डिजिटल प्रयोगों के परिणाम आश्चर्यजनक थे। विकास संकेत को सक्रिय करने के लिए डिज़ाइन किए गए अणु ने वर्तमान मानक दवाओं की तुलना में अपने लक्ष्य के साथ बहुत मजबूत अनुमानित जुड़ाव दिखाया। इसी तरह, विषाक्त प्रोटीन के गुच्छों को बाधित करने के लिए बनाया गया अणु भी सिमुलेशन में अपने लक्ष्य से जुड़ने की बेहतर क्षमता प्रदर्शित करता है। महत्वपूर्ण रूप से, जब शोधकर्ताओं ने इन अणुओं की समय के साथ गति की नकल करने वाले डायनेमिक सिमुलेशन चलाए, तो नए उम्मीदवार अपनी स्थिति में मजबूती से बने रहे, जबकि स्वीकृत दवाएं अपने लक्ष्यों से दूर खिसकने लगीं। इससे यह संकेत मिला कि नए यौगिक न केवल सैद्धांतिक रूप से जुड़ने में सक्षम थे, बल्कि वे अपना काम करने के लिए पर्याप्त समय तक जुड़े रहने की संभावना भी रखते थे।

जुड़ाव की मजबूती के अलावा, टीम ने भविष्य कहने वाले मॉडलों का उपयोग करके शरीर के भीतर इन अणुओं की सुरक्षा और व्यवहार का मूल्यांकन किया। उन्होंने पाया कि दोनों यौगिक सुरक्षित होने और मस्तिष्क में प्रवेश करने में सक्षम होने की संभावना रखते हैं। अध्ययन का एक महत्वपूर्ण हिस्सा इस बात पर केंद्रित था कि दवाओं को कैसे वितरित किया जाएगा। शोधकर्ताओं ने सिमुलेशन किया कि यदि दवाओं को निगला जाता है बनाम यदि उन्हें नाक के माध्यम से दिया जाता है। सिमुलेशन ने संकेत दिया कि मौखिक प्रशासन की तुलना में नाक द्वारा वितरण से मस्तिष्क तक पहुँचने वाली दवा की मात्रा में भारी वृद्धि होगी। मॉडलों ने सुझाव दिया कि नाक-से-मस्तिष्क का मार्ग मस्तिष्क में दवा की सांद्रता को सैकड़ों गुना बढ़ा सकता है, जो प्रभावी रूप से यकृत और रक्त-मस्तिष्क अवरोध को दरकिनार कर देता है जो आमतौर पर ऐसे उपचारों को रोकता है।

सिद्धांत से वास्तविकता की ओर बढ़ने के लिए, टीम ने प्रयोगशाला में भौतिक रूप से नैनोपार्टिकल फॉर्मूलेशन तैयार किया। उन्होंने दो दवा अणुओं को बायोडिग्रेडेबल प्लास्टिक के साथ मिलाया और पानी एवं तेल की एक प्रक्रिया का उपयोग करके सूक्ष्म गोले बनाए। उन्होंने इन कणों की निरंतरता का परीक्षण करने के लिए तीन अलग-अलग बैच तैयार किए। भौतिक माप से पता चला कि कण आकार में उल्लेखनीय रूप से समान थे, जिनका औसत व्यास लगभग 152 नैनोमीटर था। यह आकार नाक द्वारा वितरण के लिए आदर्श है, क्योंकि यह नाक की तंत्रिकाओं द्वारा अवशोषित होने के लिए पर्याप्त छोटा है लेकिन बहुत जल्दी साफ होने से बचने के लिए पर्याप्त बड़ा है। कणों का सतह आवेश (सरफेस चार्ज) भी सुसंगत था, जो उन्हें निलंबन में स्थिर रहने में मदद करता है। इन निष्कर्षों ने पुष्टि की कि जटिल डिज़ाइन को विश्वसनीय रूप से निर्मित किया जा सकता था और यह नाक द्वारा वितरण के लिए आवश्यक विशिष्ट भौतिक आवश्यकताओं को पूरा करता है।

इन आशाजनक परिणामों के बावजूद, शोधकर्ता अपने काम को अंतिम इलाज के बजाय एक आधारभूत कदम के रूप में प्रस्तुत करने में सावधान रहे। अध्ययन काफी हद तक कंप्यूटर भविष्यवाणियों और खाली या दवा-युक्त कणों के भौतिक मापों पर निर्भर था, बिना अभी जीवित कोशिकाओं या जानवरों पर जैविक प्रभावों का परीक्षण किए। लेखकों ने उल्लेख किया कि हालांकि सिमुलेशन ने मजबूत जुड़ाव और उच्च मस्तिष्क एक्सपोजर का सुझाव दिया, लेकिन ये ऐसी भविष्यवाणियां हैं जिन्हें जैविक प्रयोगों के माध्यम से पुष्ट किया जाना चाहिए। उन्होंने इस बात पर जोर दिया कि अगले आवश्यक चरणों में यह परीक्षण करना शामिल है कि क्या ये कण वास्तव में वास्तविक जैविक प्रणालियों में विकास संकेतों को सक्रिय कर सकते हैं और प्रोटीन के गुच्छों को रोक सकते हैं। यह कार्य एक संभावित नए उपचार के लिए एक विस्तृत ब्लूप्रिंट के रूप में खड़ा है, जो यह प्रदर्शित करता है कि नाक के माध्यम से दी जाने वाली दोहरी क्रिया वाली पद्धति शारीरिक रूप से संभव और सैद्धांतिक रूप से सुदृढ़ है, लेकिन यह एक ऐसा उम्मीदवार है जिसे रोगी के लिए चिकित्सा के रूप में माना जाने से पहले और अधिक सत्यापन की आवश्यकता है।