يعمل الدرع النانوي المتطور على منع ردود الفعل التحسسية الانتقائية

يعمل الدرع النانوي المتطور على منع ردود الفعل التحسسية الانتقائية

الطابع الزمني: 16 يناير 2024 3:44 مساءً
عقدة المصدر: 3067400

طور باحثون من جامعة نورث وسترن أول علاج انتقائي لمنع ردود الفعل التحسسية، والتي يمكن أن تتراوح في شدتها من الحكة والعيون الدامعة إلى صعوبة التنفس وحتى الموت.

ولتطوير العلاج الجديد، قام الباحثون بتزيين الجسيمات النانوية بأجسام مضادة قادرة على إيقاف خلايا مناعية معينة (تسمى الخلايا البدينة) المسؤولة عن استجابات الحساسية. وتحمل الجسيمات النانوية أيضًا مادة مسببة للحساسية تتوافق مع حساسية المريض المحددة. إذا كان الشخص يعاني من حساسية تجاه الفول السوداني، على سبيل المثال، فإن الجسيمات النانوية تحمل بروتين الفول السوداني.

في هذا النهج المكون من خطوتين، يقوم مسبب الحساسية بإشراك الخلايا البدينة المسؤولة عن الحساسية المحددة، ثم تقوم الأجسام المضادة بإغلاق تلك الخلايا فقط. يتيح هذا النهج المستهدف للغاية للعلاج منع أنواع معينة من الحساسية بشكل انتقائي دون تثبيط الجهاز المناعي بأكمله.

وفي دراسة أجريت على الفئران، أظهر العلاج نجاحاً بنسبة 100% في منع الاستجابات التحسسية دون التسبب في آثار جانبية ملحوظة.

نُشر البحث في المجلة اليوم (16 يناير) طبيعة التكنولوجيا النانوية. إنه يمثل أول علاج نانوي لتثبيط الخلايا البدينة، وبالتالي منع الاستجابة التحسسية لمسببات حساسية معينة.

"في الوقت الحالي، لا توجد طرق متاحة لاستهداف الخلايا البدينة على وجه التحديد،" كما قال إيفان أ. سكوت، من جامعة نورث وسترن، والذي قاد الدراسة. "كل ما لدينا هو أدوية مثل مضادات الهيستامين لعلاج الأعراض، وهي لا تمنع الحساسية. إنها تتصدى لتأثيرات الهيستامين بعد تنشيط الخلايا البدينة بالفعل. إذا كان لدينا طريقة لتعطيل الخلايا البدينة التي تستجيب لمسببات حساسية معينة، فيمكننا إيقاف الاستجابات المناعية الخطيرة في الحالات الشديدة مثل الحساسية المفرطة وكذلك الاستجابات الأقل خطورة مثل الحساسية الموسمية.

أكبر حاجة لم تتم تلبيتها هي الحساسية المفرطة، والتي يمكن أن تهدد الحياة. قد تكون بعض أشكال العلاج المناعي عن طريق الفم مفيدة في بعض الحالات، ولكن ليس لدينا حاليًا أي خيارات علاجية معتمدة من إدارة الغذاء والدواء (FDA) تمنع باستمرار مثل هذه التفاعلات بخلاف تجنب الطعام أو العامل المسيء. وبخلاف ذلك، يتم إعطاء علاجات مثل الإبينفرين لعلاج ردود الفعل الشديدة -؛ لا يمنعهم. ألن يكون رائعًا لو كان هناك علاج آمن وفعال لحساسية الطعام يتيح باستمرار إعادة إدخال الطعام في النظام الغذائي الذي اعتدت على تجنبه تمامًا؟

دكتور بروس بوشنر من جامعة نورث وسترن، خبير الحساسية ومؤلف مشارك في الدراسة

سكوت هو أستاذ كاي ديفيس للهندسة الطبية الحيوية في كلية ماكورميك للهندسة في نورث وسترن وعضو في معهد سيمبسون كويري لتقنية النانو الحيوية والمعهد الدولي لتقنية النانو. بوشنر هو أستاذ صامويل إم. فاينبرج الفخري للطب (الحساسية والمناعة) في كلية الطب بجامعة نورث وسترن فاينبرج. المؤلف الأول لهذه الورقة هو فانفان دو، زميل ما بعد الدكتوراه في مختبر سكوت، والذي عمل بشكل وثيق مع المؤلفين الأوائل المشاركين كلايتون ريش، الحاصل على دكتوراه. مرشح شارك في إرشاده كل من بوشنر وسكوت، ويانغ لي، الحاصل على دكتوراه. مرشح في مختبر سكوت.

هدف صعب

تقع الخلايا البدينة في جميع أنسجة الجسم تقريبًا، وتشتهر بكونها مسؤولة بشكل أساسي عن استجابات الحساسية. ولكنها تلعب أيضًا العديد من الأدوار المهمة الأخرى، بما في ذلك تنظيم تدفق الدم ومكافحة الطفيليات. ولذلك، فإن القضاء على الخلايا البدينة بشكل كامل لمنع ردود الفعل التحسسية يمكن أن يضر بالاستجابات المفيدة والصحية الأخرى.

وقال بوشنر: "على الرغم من أن بعض الأدوية قيد التطوير، إلا أنه لا توجد حاليًا أدوية معتمدة من إدارة الغذاء والدواء الأمريكية يمكنها تثبيط الخلايا البدينة أو القضاء عليها". "لقد كان هذا صعبًا بشكل رئيسي لأن الأدوية التي يمكن أن تؤثر على تنشيط الخلايا البدينة أو بقائها تستهدف أيضًا خلايا أخرى غير الخلايا البدينة، وبالتالي تميل إلى أن يكون لها آثار جانبية غير مرغوب فيها بسبب التأثير على الخلايا الأخرى".

في عمله السابق، حدد بوشنر Siglec-6، وهو مستقبل مثبط فريد من نوعه يوجد بشكل كبير وانتقائي في الخلايا البدينة. إذا تمكن الباحثون من استهداف هذا المستقبل بجسم مضاد، فيمكنهم تثبيط الخلايا البدينة بشكل انتقائي لمنع الحساسية. لكن تقديم هذا الجسم المضاد في حد ذاته لم يكن كافيا.

وقال سكوت: "كان من الصعب الحصول على تركيز عالٍ بما يكفي من الجسم المضاد ليكون له تأثير". "لقد تساءلنا عما إذا كان بإمكاننا تعزيز هذا التركيز باستخدام جسيمات متناهية الصغر. إذا تمكنا من تعبئة كثافة عالية من الأجسام المضادة على جسيم نانوي، فيمكننا جعله عمليًا للاستخدام.

لصق الأجسام المضادة على الجسيمات

ولتعبئة الأجسام المضادة في جسيم نانوي، كان على سكوت وفريقه التغلب على تحدي آخر. لكي تلتصق البروتينات (مثل الأجسام المضادة) بالجسيمات النانوية، يجب عليها عادةً أن تشكل رابطة كيميائية تكشف (أو تفسد) البروتين، مما يؤثر على نشاطه البيولوجي. للتغلب على هذا التحدي، لجأ سكوت إلى جسيم نانوي تم تطويره مسبقًا في مختبره.

على عكس المزيد من الجسيمات النانوية القياسية التي لها أسطح مستقرة، تشتمل الجسيمات النانوية التي طورها سكوت حديثًا على سلاسل بوليمر ديناميكية، والتي يمكنها قلب اتجاهها بشكل مستقل عند التعرض لمذيبات وبروتينات مختلفة. عند وضعها في المحاليل السائلة، توجه السلاسل نفسها لتحقيق تفاعلات كهروستاتيكية مناسبة مع جزيئات الماء. ولكن عندما يلامس البروتين سطح الجسيمات النانوية، فإن سلاسل البوليمر الصغيرة المحددة الموجودة في الواجهة تقلب اتجاهاتها للتمسك بالبروتين بشكل ثابت دون الارتباط تساهميًا به. ووجد فريق سكوت أيضًا أن الجيوب الطاردة للماء الموجودة على أسطح البروتين كانت أساسية للتفاعل المستقر.

قصص ذات الصلة

عند الارتباط بالأسطح، تفسد البروتينات عادةً، وتفقد نشاطها الحيوي. يتمثل أحد الجوانب الفريدة لجسيمات سكوت النانوية في قدرتها على ربط الإنزيمات والأجسام المضادة بشكل ثابت مع الحفاظ على بنيتها ثلاثية الأبعاد ووظائفها البيولوجية. وهذا يعني أن الأجسام المضادة لـ Siglec-3 حافظت على تقاربها القوي لمستقبلات الخلايا البدينة -؛ حتى عندما تعلق على أسطح الجسيمات النانوية.

قال سكوت: "هذا سطح ديناميكي فريد من نوعه". "بدلاً من السطح المستقر القياسي، يمكنه تغيير كيمياء سطحه. إنها مصنوعة من سلاسل بوليمرية صغيرة من المركبات، والتي يمكنها قلب اتجاهها لتحقيق أقصى قدر من التفاعلات الإيجابية مع كل من الماء والبروتينات حسب الضرورة.

عندما قام فريق سكوت بخلط الجسيمات النانوية مع الأجسام المضادة، نجح ما يقرب من 100% من الأجسام المضادة في الارتباط بالجسيمات النانوية دون أن تفقد قدرتها على الارتباط بأهدافها المحددة. وأدى ذلك إلى علاج قائم على الجسيمات النانوية يستخدم أسطحًا تحتوي على كميات كثيفة ويمكن التحكم فيها بشكل كبير من الأجسام المضادة المتعددة المتميزة لاستهداف الخلايا البدينة.

اغلاق انتقائي

لكي يصاب شخص ما بالحساسية، تلتقط الخلايا البدينة وتعرض الأجسام المضادة، وتحديدًا الأجسام المضادة للغلوبولين المناعي E (IgE)، لمسبب الحساسية المحدد. وهذا يمكّن الخلايا البدينة من التعرف على -؛ والرد على -؛ نفس مسببات الحساسية عند إعادة التعرض لها.

قال سكوت: "إذا كان لديك حساسية من الفول السوداني وكان لديك استجابة للفول السوداني في الماضي، فإن خلاياك المناعية تصنع أجسامًا مضادة IgE ضد بروتينات الفول السوداني، وتقوم الخلايا البدينة بجمعها". "الآن، إنهم ينتظرون منك أن تأكل فول سوداني آخر. عندما تفعل ذلك، يمكنهم الاستجابة في غضون دقائق، وإذا كانت الاستجابة قوية بما فيه الكفاية، فقد يؤدي ذلك إلى الحساسية المفرطة.

لاستهداف الخلايا البدينة بشكل انتقائي للاستجابة لمسبب حساسية معين، صمم الباحثون علاجهم بحيث يشرك فقط الخلايا البدينة التي تحمل الأجسام المضادة IgE لتلك المادة المسببة للحساسية. تستخدم الجسيمات النانوية مادة بروتينية مثيرة للحساسية للتفاعل مع الأجسام المضادة IgE الموجودة على الخلايا البدينة ثم تستخدم جسمًا مضادًا للتفاعل مع مستقبل Siglec-6 لإيقاف قدرة الخلية البدينة على التفاعل. ولأن الخلايا البدينة فقط هي التي تعرض مستقبلات Siglec-6، فإن الجسيمات النانوية لا يمكنها الارتباط بأنواع الخلايا الأخرى. استراتيجية تحد بشكل فعال من الآثار الجانبية.

قال سكوت: "يمكنك استخدام أي مسبب للحساسية تريده، وسوف تقوم بشكل انتقائي بإيقاف الاستجابة لمسببات الحساسية تلك". "عادة ما يقوم مسبب الحساسية بتنشيط الخلية البدينة. ولكن في نفس الوقت الذي يرتبط فيه مسبب الحساسية، يقوم الجسم المضاد الموجود على الجسيمات النانوية أيضًا بإشراك مستقبل Siglec-6 المثبط. بالنظر إلى هاتين الإشارتين المتناقضتين، تقرر الخلية البدينة أنها لا ينبغي أن تنشط ويجب أن تترك تلك المادة المسببة للحساسية بمفردها. إنه يوقف بشكل انتقائي الاستجابة لمسببات حساسية معينة. جمال هذا الأسلوب هو أنه لا يتطلب قتل أو إزالة جميع الخلايا البدينة. ومن وجهة نظر السلامة، إذا التصقت الجسيمات النانوية عن طريق الخطأ بنوع الخلية الخاطئ، فإن تلك الخلية لن تستجيب.

منع الحساسية المفرطة في الفئران

بعد إثبات النجاح في المزارع الخلوية باستخدام الخلايا البدينة المشتقة من الأنسجة البشرية، نقل الباحثون علاجهم إلى نموذج فأر متوافق مع البشر. ونظرًا لأن الخلايا البدينة في الفئران لا تحتوي على مستقبل Siglec-6، فقد طور فريق بوشنر نموذجًا للفأر يحتوي على خلايا بدينة بشرية في أنسجته. وقام الباحثون بتعريض الفئران لمسببات الحساسية وقدموا العلاج النانوي في نفس الوقت.

لم تتعرض أي فئران لصدمة الحساسية ونجا الجميع.

وقال سكوت: "إن أبسط طريقة لمراقبة الاستجابة التحسسية هي تتبع التغيرات في درجة حرارة الجسم". "لم نشهد أي تغيرات في درجات الحرارة. ولم يكن هناك أي رد. كما ظلت الفئران سليمة ولم تظهر عليها أي علامات خارجية لرد فعل تحسسي.

وقال بوشنر: "لا تحتوي الخلايا البدينة الفأرية على Siglec-6 على سطحها كما هو الحال في البشر، لكننا اقتربنا قدر الإمكان في الوقت الحالي من الدراسات البشرية الفعلية عن طريق اختبار هذه الجسيمات النانوية في فئران خاصة تحتوي على خلايا بدينة بشرية في أنسجتها". . "لقد تمكنا من إظهار أن هذه الفئران المتوافقة مع البشر كانت محمية من الحساسية المفرطة."

بعد ذلك، يخطط الباحثون لاستكشاف العلاج النانوي الخاص بهم لعلاج الأمراض الأخرى المرتبطة بالخلايا البدينة، بما في ذلك كثرة الخلايا البدينة، وهو شكل نادر من سرطان الخلايا البدينة. كما أنهم يدرسون طرق تحميل الأدوية داخل الجسيمات النانوية لقتل الخلايا البدينة بشكل انتقائي في كثرة الخلايا البدينة دون إصابة أنواع الخلايا الأخرى.

تم دعم الدراسة، "الامتصاص المتحكم فيه للبروتينات النشطة بيولوجيًا المتعددة، من خلال العلاج النانوي للخلايا البدينة المستهدفة"، من قبل المعهد الوطني للتصوير الطبي الحيوي والهندسة الحيوية (رقم المنحة 1R01EB030629-01A1) والمعهد الوطني للحساسية والأمراض المعدية (رقم المنحة R21AI159586).

جامعة نورث وسترن

مرجع المجلة:

دو، ف.، وآخرون. (2024). يتيح الامتزاز المتحكم فيه للبروتينات النشطة بيولوجيًا المتعددة العلاج النانوي للخلايا البدينة المستهدفة. طبيعة التكنولوجيا النانوية. doi.org/10.1038/s41565-023-01584-z.

الطابع الزمني:

اكثر من الطبية.نت