Små bobler kunne afsløre immuncellehemmeligheder og forbedre behandlinger

Makrofager er celler, der er vitale for immunsystemet og kunne muligvis informere cellebaserede terapier for en række medicinske tilstande. Men at realisere det fulde potentiale af makrofagterapier afhænger af at være i stand til at se, hvad disse cellulære allierede laver inde i vores kroppe, og et hold af Penn State-forskere kan have udviklet en måde at se dem gøre deres ting.

I en undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Small , Penn State-forskere rapporterer om en ny ultralydsbilleddannelsesteknik til at se makrofager kontinuerligt i pattedyrsvæv med potentiale for menneskelig anvendelse i fremtiden.

"En makrofag er en type immuncelle, der er vigtig i næsten alle funktioner i immunsystemet, lige fra påvisning og fjernelse af patogener til sårheling," sagde den tilsvarende forfatter Scott Medina, William og Wendy Korb's tidlige karrierelektor i biomedicinsk teknik.

"Det er en komponent af immunsystemet, der virkelig bygger bro mellem de to typer immunitet:medfødt immunitet, som reagerer på ting meget hurtigt, men på en ikke særlig præcis måde, og adaptiv immunitet, som er meget langsommere til at komme online, men reagerer på en meget mere præcis måde."

Makrofager regulerer disse to arme af det menneskelige immunrespons og hjælper vores krop med funktioner såsom bekæmpelse af infektioner og vævsregenerering. På bagsiden hjælper de også med at mediere betændelse relateret til skader og sygdomme som diabetes og leddegigt.

Ifølge Medina kunne disse celler udnyttes og anvendes i terapier, der ville hjælpe patienter med tilstande som cancer, autoimmune lidelser, infektioner og beskadiget væv. Sådanne terapier ville involvere isolering, modifikation og/eller konstruktion af makrofager for at forbedre deres egenskaber til at bekæmpe sygdom, kontrollere immunresponser og fremme vævsreparation.

"Hvis vi kunne visualisere, hvad disse celler gør i kroppen, i realtid, så kunne vi lære meget om, hvordan sygdomme udvikler sig, og hvordan heling sker," sagde Medina. "Dette ville give os et overblik over, hvad cellerne laver i kroppen, for lige nu er vi virkelig begrænset til at tage cellerne ud af kroppen og se, hvad de gør i en petriskål, hvilket ikke bliver samme adfærd, som vi ser i kroppen."

Forskerne henvendte sig til ultralydsbilleddannelse, en almindelig teknik til at se kroppens indre væv. Men med ultralyd alene blander makrofager sig sammen med deres medceller.

"Makrofager er dybest set usynlige under ultralydsbilleddannelse, fordi du ikke kan skelne, hvor cellerne er i forhold til alle de andre celler, der er i vores væv," sagde Medina. "De opfører sig alle ens, så man kan ikke rigtig se specifikke celler. Vi var nødt til at skabe det, der kaldes et kontrastmiddel, noget som vores interesserede celler kunne mærkes med, som så ville give en vis billedkontrast, der ville være anderledes end baggrunden. Og det var her, disse nanoemulsioner kom ind."

Mange hjemmekokke kender emulsioner som en blanding af oliedråber suspenderet i en væske som eddike eller vand til at lave salatdressing; en nanoemulsion er, når disse oliedråber er små, kun nanometer i diameter.

Forskerne brugte nanoemulsioner til at skabe mere modstandsdygtige bobler. Gasbobler reflekterer en ultralyds lydbølger meget effektivt; Men hvis nogen sprøjter bobler ind i en patients krop, fungerer de ikke særlig godt, fordi de brister relativt hurtigt.

"Vi havde brug for en måde til grundlæggende at få bobler til at dannes, når vi ønsker, at de skal dannes lige på billeddannelsestidspunktet og ikke før, og også for at disse bobler skulle vare ved så længe som muligt," sagde Inhye Kim, post-doc stipendiat i biomedicin. ingeniør og hovedforfatter af undersøgelsen.

Forskerne introducerede nanoemulsionsdråber til cellerne, som internaliserede dem. Under ultralyd gennemgik dråberne derefter en faseændring og blev til en gas og derfor en boble. Trykket fra ultralydsbølgerne lettede denne ændring og skubbede og trækker i dråben, mens bølgen svinger og bruger tryk til at tvinge dråben til at koge, hvilket får den til at fordampe og blive til en gasboble.

"Det svarer til, hvordan vand vil koge ved en lavere temperatur i en højere højde, f.eks. Colorado, fordi der er mindre tryk, der forhindrer det i at koge," sagde Medina. "Vi bruger det tryk, som vi påfører den dråbe gennem ultralyd for effektivt at få den til at koge, når vi vil have den til at koge, så den fordamper og forårsager dannelsen af ​​denne gasboble."

De testede denne nye teknik i en porcin vævsprøve og fandt ud af, at billeddannelsen af ​​makrofagerne virkede. Tilgangen giver forskere mulighed for at se, hvad immunceller gør i kroppen på en kontinuerlig måde, hvilket muliggør en bedre forståelse af, hvordan immunsystemet reguleres, og hvad dets rolle er i bekæmpelse af sygdomme, sagde Medina. Udover det, bemærkede Kim, kan det også hjælpe med at udvikle bedre immuncelleterapier til patienter i fremtiden.

"For eksempel, for en patient med en tumor, kunne denne forskning muliggøre udviklingen af ​​en makrofagcelleterapi, der er mere effektiv og har færre og mindre alvorlige bivirkninger," sagde Kim.

De næste trin i forskningen inkluderer at udforske muligheden for at bruge denne teknik til andre former for immuncellevisualisering i den menneskelige krop eller til at overvåge opbygning af plak i arterier. Derudover søger forskerne samarbejdspartnere til at fremme teknikken.

"Vi håber på at arbejde sammen med andre inden for immunologisk forskning, som har særlige interesser og måske finder denne teknologi nyttig, så vi er bestemt åbne for yderligere samarbejder og anvendelser," sagde Medina.

Flere oplysninger: Inhye Kim et al., Real-Time, In Situ Imaging of Macrophages via Phase-Change Peptide Nanoemulsions, Small (2023). DOI:10.1002/sml.202301673

Journaloplysninger: Lille

Leveret af Pennsylvania State University