Forskere udvikler en strukturel plan for nanopartikler for at målrette hvide blodlegemer, der er ansvarlige for lungebetændelse

COVID-19-pandemien fremhævede den ødelæggende virkning af akut lungebetændelse (ALI), som er en del af det akutte respiratoriske distress-syndrom (ARDS), der er den dominerende dødsårsag i COVID-19. En potentiel ny vej til diagnosticering og behandling af ARDS kommer fra at studere, hvordan neutrofiler - de hvide blodlegemer, der er ansvarlige for at detektere og eliminere skadelige partikler i kroppen - differentierer, hvilke materialer der skal optages af materialets overfladestruktur, og favoriserer optagelsen af ​​partikler, der udviser "proteinklumpning," ifølge ny forskning fra Perelman School of Medicine ved University of Pennsylvania. Resultaterne er offentliggjort i Nature Nanotechnology .

Forskere undersøgte, hvordan neutrofiler er i stand til at skelne mellem bakterier, der skal ødelægges, og andre forbindelser i blodbanen, såsom kolesterolpartikler. De testede et bibliotek bestående af 23 forskellige proteinbaserede nanopartikler i mus med ALI, som afslørede et sæt "regler", der forudsiger optagelse af neutrofiler. Neutrofiler optager ikke symmetriske, stive partikler, såsom vira, men de optager partikler, der udviste "proteinklumpning", som forskerne kalder nanopartikler med agglutineret protein (NAP'er).

"Vi ønsker at bruge den eksisterende funktion af neutrofiler, der identificerer og eliminerer angribere for at informere om, hvordan man designer en 'trojansk hest' nanopartikel, som overaktive neutrofiler vil indtage og levere behandling for at lindre ALI og ARDS," sagde studiets hovedforfatter Jacob Myerson, Ph. D., en postdoc-stipendiat ved Institut for Systemfarmakologi og Translationel Terapeutik. "For at kunne bygge dette 'trojanske hest' leveringssystem, var vi dog nødt til at bestemme, hvordan neutrofiler identificerer hvilke partikler i blodet, der skal optages."

ALI og ARDS er livstruende former for respirationssvigt med høj morbiditet og dødelighed. Før COVID-19 var der 190.000 årlige tilfælde af ARDS i USA og 75.000 dødsfald, hvor ARDS var forårsaget af lungebetændelse, sepsis og traumer. Imidlertid har COVID øget ARDS-tilfælde til millioner. Når ALI eller ARDS opstår, rekrutterer lungens luftsække neutrofiler til lungerne for at eliminere cirkulerende mikrober. Denne proces får neutrofiler til at frigive forbindelser, der yderligere forværrer lungeskade og beskadiger luftsækkene, så patienter udvikler lave iltniveauer i blodet. På trods af sværhedsgraden af ​​ALI/ARDS er der desværre ikke noget effektivt lægemiddel til at kontrollere det, og behandlingen fokuserer i øjeblikket på at støtte patienter, mens lungerne naturligt, men langsomt, heler.

For at løse ARDS og andre medicinske problemer har forskere ved Penn og andre steder brugt nanopartikler til at koncentrere lægemidler i skadede eller syge organer. Sådanne nanopartikler bliver også brugt til genterapi og immunterapi.

Forskerne bemærker, at selvom udviklingen af ​​levedygtige terapier for ALI/ARDS ved hjælp af nanopartikler til at levere behandlinger via neutrofiler er langt væk, repræsenterer denne forskning et væsentligt skridt i forståelsen af ​​immunsystemets tilstand og funktion.

"Nu hvor vi har fastslået, at neutrofiler patruljerer efter nanopartikler med agglutineret protein, er vores næste skridt at forstå, hvordan og hvorfor andre mikrober, som vira, som er stive og symmetriske, udviklede sig til at unddrage sig neutrofiler," sagde seniorforfatter Jacob Brenner, MD. Ph.D., lektor i lungemedicin i afdelingen for lunge-, allergi- og kritisk pleje. "Med denne viden kan vi fortsætte med at bruge denne unikke kombination af materialevidenskab og teknik til at skabe sygdomsspecifikke behandlinger, der retter sig mod mere avancerede og komplicerede patologier." + Udforsk yderligere

Blokering af hyperinflammatorisk respons ved at genbruge et kræftlægemiddel