Forskere udvikler ny metode til at øge effektiviteten af ​​nanomedicin

Forskere ved Penn Medicine har opdaget en ny, mere effektiv metode til at forhindre kroppens egne proteiner i at behandle nanomedicin som fremmede angribere, ved at dække nanopartiklerne med en belægning for at undertrykke immunresponsen, der dæmper terapiens effektivitet.

Når de injiceres i blodbanen, myldres umodificerede nanopartikler af elementer af immunsystemet kaldet komplementproteiner, hvilket udløser en inflammatorisk reaktion og forhindrer nanopartiklerne i at nå deres terapeutiske mål i kroppen. Forskere har udtænkt nogle metoder til at reducere dette problem, men Penn Medicine-teamet, hvis resultater er offentliggjort i Advanced Materials , har opfundet, hvad der kan være den bedste metode endnu:belægning af nanopartikler med naturlige suppressorer for komplementaktivering.

Nanopartikler er bittesmå kapsler, typisk fremstillet af proteiner eller fedt-relaterede molekyler, der tjener som leveringsmidler til visse typer behandling eller vaccine - normalt dem, der indeholder RNA eller DNA. De bedst kendte eksempler på lægemidler leveret af nanopartikler er mRNA-vacciner mod COVID-19.

"Det viste sig at være en af ​​de teknologier, der bare virker med det samme og bedre end forventet," sagde studiets co-senior forfatter Jacob Brenner, MD, Ph.D., en lektor i lungemedicin i afdelingen for lunge, allergi. og Critical Care.

Komplementproblemet

Terapi baseret på RNA eller DNA har generelt brug for leveringssystemer for at få dem gennem blodbanen ind i målorganer. Harmløse vira er ofte blevet brugt som bærere eller "vektorer" af disse terapier, men nanopartikler betragtes i stigende grad som sikrere alternativer. Nanopartikler kan også mærkes med antistoffer eller andre molekyler, der får dem til at slibe præcist ind på målrettet væv.

På trods af dets løfte har nanopartikelbaseret medicin været stærkt begrænset af komplementangrebsproblemet. Cirkulerende komplementproteiner behandler nanopartikler, som om de var bakterier, overtrækker straks nanopartikeloverflader og tilkalder store hvide blodlegemer for at sluge "invasionerne". Forskere har forsøgt at reducere problemet ved at forbelægge nanopartikler med camouflerende molekyler - for eksempel tiltrækker den organiske forbindelse polyethylenglycol (PEG) vandmolekyler til at danne en vandig, beskyttende skal omkring nanopartikler. Men nanopartikler camoufleret med PEG eller andre beskyttende stoffer trækker stadig i det mindste et komplementangreb. Generelt har nanopartikelbaserede lægemidler, der skal bevæge sig gennem blodbanen for at udføre deres arbejde (mRNA COVID-19-vacciner sprøjtes ind i muskler, ikke blodbanen) haft en meget lav effektivitet i at nå deres målorganer, normalt mindre end én procent .

Lån af en strategi

I undersøgelsen kom Brenner og Myerson og deres team op med en alternativ eller tilføjelsestilgang til at beskytte nanopartikler - en tilgang baseret på naturlige komplement-inhibitor-proteiner, der cirkulerer i blodet og binder sig til menneskelige celler for at hjælpe med at beskytte dem mod komplementangreb .

Forskerne fandt ud af, at i laboratorie-skålforsøg gav belægning af standard PEG-beskyttede nanopartikler med en af ​​disse komplementhæmmere, kaldet Faktor I, dramatisk bedre beskyttelse mod komplementangreb. Hos mus forlængede den samme strategi halveringstiden for standard nanopartikler i blodbanen, hvilket gjorde det muligt for en meget større del af dem at nå deres mål.

"Mange bakterier beklæder sig også med disse faktorer for at beskytte mod komplementangreb, så vi besluttede at låne den strategi for nanopartikler," sagde co-senior forfatter Jacob Myerson, Ph.D., en seniorforsker ved Institut for Systemfarmakologi og Translational Therapeutics hos Penn.

I et sæt eksperimenter i musemodeller af alvorlig inflammatorisk sygdom viste forskerne også, at binding af faktor I til nanopartikler forhindrer den hyperallergiske reaktion, der ellers kunne være dødelig.

Der vil være behov for yderligere test, før nanopartikler, der inkorporerer faktor I, kan bruges i mennesker, men i princippet, sagde forskerne, kan vedhæftning af det komplement-undertrykkende protein gøre nanopartikler sikrere og mere effektive som terapeutiske leveringsmidler, så de kan bruges selv i alvorlige syge patienter.

Forskerne planlægger nu at udvikle strategier til at beskytte ikke kun nanomedicin, men også medicinsk udstyr, såsom katetre, stents og dialyseslanger, som på samme måde er modtagelige for komplementangreb. De planlægger også at undersøge andre beskyttende proteiner ved siden af ​​faktor I.

"Vi erkender nu, at der er en hel verden af ​​proteiner, som vi kan lægge på overfladen af ​​nanopartikler for at forsvare dem mod immunangreb," sagde Brenner. + Udforsk yderligere

Ny forståelse af immunsystemet kan føre til sikrere nanomedicin