Neutrofile nanosvampe opsuger proteiner, der fremmer reumatoid arthritis

Ingeniører ved University of California San Diego har udviklet neutrofile "nanosvampe", der sikkert kan absorbere og neutralisere en række proteiner, der spiller en rolle i udviklingen af ​​leddegigt. Injektioner af disse nanosvampe behandlede effektivt svær reumatoid arthritis i to musemodeller. At administrere nanosvampene tidligt forhindrede også sygdommen i at udvikle sig.

Værket udkommer 3. september i Natur nanoteknologi .

"Nanosvampe er et nyt paradigme for behandling for at blokere patologiske molekyler fra at udløse sygdom i kroppen, " sagde seniorforfatter Liangfang Zhang, en nanoingeniørprofessor ved UC San Diego Jacobs School of Engineering. "I stedet for at skabe behandlinger for at blokere nogle få specifikke typer patologiske molekyler, vi udvikler en platform, der kan blokere et bredt spektrum af dem, og på denne måde kan vi behandle og forebygge sygdomme mere effektivt."

Dette arbejde er et af de seneste eksempler på terapeutiske nanosvampe udviklet af Zhangs laboratorium. Zhang, der er tilknyttet Institute of Engineering in Medicine og Moores Cancer Center ved UC San Diego, og hans team har tidligere udviklet nanosvampe til røde blodlegemer til at bekæmpe og forhindre MRSA-infektioner og makrofag-nanosvampe til at behandle og håndtere sepsis.

De nye nanosvampe er nanopartikler af bionedbrydelig polymer belagt med neutrofilers cellemembraner, en type hvide blodlegemer.

Neutrofiler er blandt immunsystemets første respondere mod indtrængende patogener. De er også kendt for at spille en rolle i udviklingen af ​​reumatoid arthritis, en kronisk autoimmun sygdom, der forårsager smertefuld betændelse i leddene og i sidste ende kan føre til beskadigelse af brusk og knoglevæv.

Når reumatoid arthritis udvikler sig, celler i leddene producerer inflammatoriske proteiner kaldet cytokiner. Frigivelse af cytokiner signalerer neutrofiler til at trænge ind i leddene. Når først der, cytokiner binder til receptorer på de neutrofile overflader, aktivere dem til at frigive flere cytokiner, som igen trækker flere neutrofiler til leddene og så videre.

Nanosvampene nipper i det væsentlige denne inflammatoriske kaskade i opløbet. Ved at fungere som små neutrofile lokkefugle, de opfanger cytokiner og forhindrer dem i at signalere endnu flere neutrofiler til leddene, reducere inflammation og ledskader.

Disse nanosvampe tilbyder et lovende alternativ til nuværende behandlinger for leddegigt. Nogle monoklonale antistoflægemidler, for eksempel, har hjulpet patienter med at håndtere symptomer på sygdommen, men de virker ved kun at neutralisere specifikke typer cytokiner. Dette er ikke tilstrækkeligt til at behandle sygdommen, sagde Zhang, fordi der er så mange forskellige typer cytokiner og patologiske molekyler involveret.

"Neutralisering af kun en eller to typer er måske ikke så effektiv. Så vores tilgang er at tage neutrofile cellemembraner, som naturligt har receptorer til at binde alle disse forskellige typer cytokiner, og bruge dem til at styre en hel population af inflammatoriske molekyler, " sagde Zhang.

"Denne strategi fjerner behovet for at identificere specifikke cytokiner eller inflammatoriske signaler i processen. Ved at bruge hele neutrofile cellemembraner, vi afbryder alle disse inflammatoriske signaler på én gang, " sagde førsteforfatter Qiangzhe Zhang, en ph.d. studerende i professor Liangfang Zhangs forskningsgruppe ved UC San Diego.

For at lave de neutrofile nanosvampe, forskerne udviklede først en metode til at adskille neutrofiler fra fuldblod. De behandlede derefter cellerne i en opløsning, der får dem til at svulme og briste, efterlader membranerne. Membranerne blev derefter brudt op i meget mindre stykker. Blanding af dem med kugleformede nanopartikler lavet af bionedbrydelig polymer smeltede de neutrofile cellemembraner på nanopartikeloverfladerne.

"En af de største udfordringer ved dette arbejde var at strømline hele denne proces, fra isolering af neutrofiler fra blod til fjernelse af membranerne, og gør denne proces gentagelig. Vi brugte meget tid på at finde ud af dette og skabte til sidst en konsekvent neutrofil nanosvampeproduktionslinje, " sagde Qiangzhe Zhang.

I musemodeller af svær reumatoid arthritis, indsprøjtning af nanosvampe i betændte led førte til reduceret hævelse og beskyttet brusk mod yderligere skade. Nanosvampene fungerede lige så godt som behandlinger, hvor mus fik en høj dosis monoklonale antistoffer.

Nanosvampene virkede også som en forebyggende behandling, når de blev administreret før de fremkaldte sygdommen i en anden gruppe mus.

Professor Liangfang Zhang advarer om, at nanosvampbehandlingen ikke eliminerer sygdommen. "Vi er grundlæggende i stand til at håndtere sygdommen. Den er ikke helt væk. Men hævelsen er stærkt reduceret, og bruskskader minimeres, " han sagde.

Holdet håber på en dag at se deres arbejde i kliniske forsøg.