Nanopartikler kan begrænse inflammation ved at distrahere immunsystemet

Et overraskende fund tyder på, at en indsprøjtning af nanopartikler muligvis kan hjælpe med at bekæmpe immunsystemet, når det går galt, har forskere ved University of Michigan vist. Nanopartiklerne afleder immunceller, der forårsager betændelse, væk fra et skadested.

Betændelse er et tveægget sværd. Når det virker, det hjælper kroppen med at helbrede og bekæmper infektioner. Men nogle gange, immunsystemet overreagerer. En akut lungeskade, ved at indånde røg, for eksempel, kan føre til løbsk væskeproduktion, der i det væsentlige drukner en person.

Nu, eksperimenter i mus tyder på, at simple plastik nanopartikler, leveret af IV, kan være i stand til at holde en type immuncelle - kaldet en neutrofil - for travlt til at forårsage betændelse. Andre sygdomme, hvor neutrofiler forårsager overdreven inflammation, omfatter sepsis og hærdning af arterierne, eller åreforkalkning.

"Neutrofiler er den første forsvarslinje. De er de mest aktive og de mest optimerede til at fremkalde en inflammatorisk reaktion, " sagde Omolola Eniola-Adefeso, professor i kemiteknik og biomedicinsk teknik ved U-M, der ledede forskningen. "De er de hvide blodlegemers underdogs, og vi ser, at vi måske skal være mere opmærksomme på dem."

Hun begyndte ikke at lede efter at omdirigere immunsystemet med nanopartikler. Hellere, hendes arbejde har været at udforske dynamikken i blodkar, der hjælper eller skader nanopartiklers evne til at levere lægemidler til blodkarvæggen og videre. I eksperimenter, hendes elever løb blod gennem kunstige blodkar - kanaler ætset ind i en chip og foret med den samme slags celler, som beklæder blodkarvæggene.

I første omgang, de så kun, at neutrofilerne forviste deres plastikpartikler, som var designet til at fæstne sig til blodkarvæggen. Dette var et problem, for hvis partiklerne ikke kunne binde, de kunne ikke levere medicin til sygt væv. Men efter at have set mikroskopvideooptagelserne mange gange, de indså, at neutrofilerne også forsvandt – de var heller ikke bindende til blodkarvæggen.

"Åh min Gud" af rædsel om vores partikel blev til en begejstring over, at disse partikler gjorde noget ved celler, som ikke tidligere var blevet udforsket, " sagde Eniola-Adefeso. "Disse seje interaktioner mellem celler og partikler kom i vejen for, at en af ​​dem kunne gøre, hvad de ville."

Hendes team designede et eksperiment, der skadede en del af blodkarvæggen i de mikrofluidiske chips og bekræftede, at neutrofilerne omdirigerede deres opmærksomhed fra at skabe betændelse på skadestedet til at fjerne de fremmede partikler.

Derefter, Eniola-Adefeso forbundet med Michael Holinstat, en professor i farmakologi ved Michigan Medicine, som har teknologi, der kan se ind i blodkarrene hos levende mus. Hos mus med akut lungeskade, de fandt ud af, at injektion af nanopartikler med IV kunne reducere antallet af neutrofiler, der samles på skadestedet, med det halve eller mere.

Faktisk, neutrofilkoncentrationen svarede til koncentrationen fundet i blodet fra uskadede mus. I stedet, neutrofilerne tog partiklerne til leveren, hvor de kunne fjernes fra cirkulation. Eniola-Adefeso har til hensigt at fortsætte forskningen i denne retning, finde ud af, om en indsprøjtning af nanopartikler er en levedygtig behandling for tilstande med overdreven inflammation.

Hendes gruppe vil også fortsætte med at fejlfinde nanopartikler som midler til målrettet lægemiddellevering. En måde at holde neutrofilerne væk på er at belægge partiklerne med såkaldte nonfouling-materialer - materialer, der er modstandsdygtige over for at optage proteiner fra blodet.

Fordi de kemikalier, som holdet bruger til at fastgøre nanopartiklerne til blodkarvæggene, er de samme som dem, der bruges af neutrofilerne selv, en belægning, der kombinerer nonfouling materialer med de målrettede kemikalier, vil kaste de fleste hvide blodlegemer ud af duften.

"Til dato, vi har prøvet mange nonfouling materialer. Men i sidste ende, de beskidte, fordi naturen er meget sofistikeret, " hun sagde.

Alternativt andre forskergrupper har forsøgt at tage membranerne fra celler, der naturligt rejser til det målrettede væv - f.eks. de neutrofiler, der binder sig til blodkarvæggen - og sætter nanopartikler ind i dem. Som rumvæsenet i menneskehud fra filmen "Men in Black".

Studiet, "Neutrofil-partikel-interaktioner i blodcirkulationen driver partikelclearance og ændrer neutrofile reaktioner ved akut inflammation, " er offentliggjort online i tidsskriftet Nano bogstaver .