Läpimurto nano-suoja estää selektiiviset allergiset reaktiot

Northwestern Universityn tutkijat ovat kehittäneet ensimmäisen valikoivan hoidon estämään allergisia reaktioita, jotka voivat vaihdella vakavuudeltaan kutisevasta nokkosihottumasta ja vetisistä silmistä hengitysvaikeuksiin ja jopa kuolemaan.

Uuden hoidon kehittämiseksi tutkijat koristelivat nanopartikkeleita vasta-aineilla, jotka pystyvät sulkemaan tiettyjä immuunisoluja (kutsutaan syöttösoluiksi), jotka ovat vastuussa allergisista vasteista. Nanohiukkasessa on myös allergeeni, joka vastaa potilaan erityistä allergiaa. Jos henkilö on allerginen esimerkiksi maapähkinöille, nanohiukkasessa on maapähkinäproteiinia.

Tässä kaksivaiheisessa lähestymistavassa allergeeni sitoo tarkat syöttösolut, jotka ovat vastuussa tietystä allergiasta, ja sitten vasta-aineet sulkevat vain nuo solut. Tämä erittäin kohdennettu lähestymistapa mahdollistaa hoidon selektiivisen ehkäisemisen tiettyjä allergioita vaimentamatta koko immuunijärjestelmää.

Hiirillä tehdyssä tutkimuksessa hoito osoitti 100 %:n onnistumisen allergisten reaktioiden estämisessä aiheuttamatta havaittavia sivuvaikutuksia.

Tutkimus julkaistiin tänään (16. tammikuuta) lehdessä Luonnon nanoteknologia. Se on ensimmäinen nanoterapia syöttösolujen estämiseksi, mikä estää allergisen vasteen tietylle allergeenille.

"Tällä hetkellä ei ole saatavilla menetelmiä erityisesti syöttösolujen kohdistamiseksi", sanoi Northwesternin Evan A. Scott, joka johti tutkimusta. "Meillä on vain lääkkeitä, kuten antihistamiineja, jotka hoitavat oireita, eivätkä ne estä allergioita. Ne estävät histamiinien vaikutuksia sen jälkeen, kun syöttösolut ovat jo aktivoituneet. Jos meillä olisi tapa inaktivoida syöttösolut, jotka reagoivat tiettyihin allergeeneihin, voisimme pysäyttää vaaralliset immuunivasteet vakavissa tilanteissa, kuten anafylaksia, sekä vähemmän vakavat vasteet, kuten kausiallergiat.

Suurin tyydyttämätön tarve on anafylaksia, joka voi olla hengenvaarallinen. Tietyt suun kautta otettavan immunoterapian muodot voivat olla hyödyllisiä joissakin tapauksissa, mutta tällä hetkellä meillä ei ole FDA:n hyväksymiä hoitovaihtoehtoja, jotka estävät jatkuvasti tällaisia ​​reaktioita, paitsi välttämällä loukkaavaa ruokaa tai ainetta. Muuten hoidot, kuten epinefriini, annetaan vaikeiden reaktioiden hoitoon -; ei estä niitä. Eikö olisi hienoa, jos ruoka-aineallergioihin olisi olemassa turvallinen ja tehokas hoito, joka olisi jatkuvasti mahdollistanut sellaisen ruoan lisäämisen ruokavalioon, jota jouduit tiukasti välttämään?

Northwesternin Dr. Bruce Bochner, allergiaasiantuntija ja tutkimuksen toinen kirjoittaja

Scott on Kay Davisin biolääketieteen tekniikan professori Northwesternin McCormick School of Engineeringissä ja Simpson Querrey Institute for BioNanotechnology -instituutin ja Kansainvälisen nanoteknologiainstituutin jäsen. Bochner on Samuel M. Feinbergin lääketieteen (allergia ja immunologia) emeritusprofessori Northwestern Universityn Feinbergin lääketieteellisessä korkeakoulussa. Paperin ensimmäinen kirjoittaja on Fanfan Du, tutkijatohtori Scottin laboratoriossa, joka työskenteli läheisessä yhteistyössä ensimmäisten kirjoittajien kanssa, tohtori Clayton Rischen kanssa. ehdokas, jota ohjasivat sekä Bochner että Scott, sekä tohtori Yang Li. ehdokas Scott-laboratoriossa.

Hankala kohde

Lähes kaikissa ihmiskehon kudoksissa sijaitsevia syöttösoluja tunnetaan parhaiten siitä, että ne ovat ensisijaisesti vastuussa allergisista reaktioista. Mutta niillä on myös useita muita tärkeitä rooleja, mukaan lukien verenkierron säätely ja loisten torjunta. Siksi syöttösolujen täydellinen eliminointi allergisten reaktioiden estämiseksi voi vahingoittaa muita hyödyllisiä, terveitä vasteita.

"Vaikka joitakin lääkkeitä kehitetään, tällä hetkellä ei ole olemassa FDA:n hyväksymiä lääkkeitä, jotka estävät tai poistavat syöttösoluja", Bochner sanoi. "Tämä on ollut vaikeaa lähinnä siksi, että syöttösolujen aktivaatioon tai eloonjäämiseen vaikuttavat lääkkeet kohdistuvat myös muihin soluihin kuin syöttösoluihin, ja siten niillä on taipumus olla ei-toivottuja sivuvaikutuksia, jotka johtuvat vaikutuksista muihin soluihin."

Aiemmassa työssään Bochner tunnisti Siglec-6:n, ainutlaatuisen inhiboivan reseptorin, jota löytyy runsaasti ja selektiivisesti syöttösoluista. Jos tutkijat voisivat kohdistaa tuon reseptorin vasta-aineella, he voisivat selektiivisesti estää syöttösoluja allergian estämiseksi. Mutta tämän vasta-aineen lisääminen sellaisenaan epäonnistui.

"Oli vaikeaa saada riittävän korkea vasta-ainepitoisuus vaikuttamaan", Scott sanoi. "Mietimme, voisimmeko parantaa tätä pitoisuutta nanopartikkelin avulla. Jos voisimme pakata suuren tiheyden vasta-aineita nanohiukkasille, voisimme tehdä siitä käytännöllisen käyttöön.

Vasta-aineiden kiinnittäminen hiukkaseen

Pakatakseen vasta-aineet nanohiukkasille, Scott ja hänen tiiminsä joutuivat voittamaan toisen haasteen. Jotta proteiinit (kuten vasta-aineet) tarttuisivat nanopartikkeleihin, niiden on tyypillisesti muodostettava kemiallinen sidos, joka avaa (tai denaturoi) proteiinin vaikuttaen sen biologiseen aktiivisuuteen. Ohitakseen tämän haasteen Scott kääntyi laboratoriossaan aiemmin kehittämään nanohiukkaseen.

Toisin kuin tavallisemmissa nanohiukkasissa, joilla on vakaat pinnat, Scottin äskettäin kehitetty nanopartikkeli sisältää dynaamisia polymeeriketjuja, jotka voivat itsenäisesti kääntää suuntauksensa altistuessaan erilaisille liuottimille ja proteiineille. Nestemäisiin liuoksiin laitettuna ketjut suuntautuvat saavuttaakseen suotuisan sähköstaattisen vuorovaikutuksen vesimolekyylien kanssa. Mutta kun proteiini koskettaa nanopartikkelin pintaa, rajapinnassa olevat erityiset pienet polymeeriketjut kääntävät suuntansa pysyäkseen proteiinissa vakaasti kiinnittymättä siihen kovalenttisesti. Scottin tiimi havaitsi myös, että vettä hylkivät taskut proteiinipinnoilla olivat avainasemassa vakaassa vuorovaikutuksessa.

Pintoihin sitoutuessaan proteiinit tyypillisesti denaturoituvat ja menettävät bioaktiivisuutensa. Scottin nanopartikkelien ainutlaatuinen piirre on, että ne voivat sitoa vakaasti entsyymejä ja vasta-aineita säilyttäen samalla 3D-rakenteensa ja biologiset funktionsa. Tämä tarkoittaa, että anti-Siglec-6-vasta-aineet säilyttivät vahvan affiniteettinsa syöttösolureseptoreihin -; jopa nanohiukkasten pintoihin kiinnitettynä.

"Tämä on ainutlaatuisen dynaaminen pinta", Scott sanoi. "Tavallisen vakaan pinnan sijaan se voi muuttaa pintakemiaansa. Se on tehty pienistä yhdisteiden polymeeriketjuista, jotka voivat kääntää suuntauksiaan maksimoidakseen suotuisan vuorovaikutuksen sekä veden että proteiinien kanssa tarpeen mukaan."

Kun Scottin tiimi sekoitti nanopartikkelit vasta-aineisiin, lähes 100 % vasta-aineista kiinnittyi onnistuneesti nanopartikkeleihin menettämättä kykyään sitoutua tiettyihin kohteisiinsa. Tämä johti nanopartikkeleihin perustuvaan hoitoon, jossa käytettiin pintoja, joissa on tiheästi pakattuja ja hyvin kontrolloitavia määriä useita erillisiä vasta-aineita kohdesyöttösoluille.

Valikoiva sammutus

Jotta joku tulisi allergiseksi, hänen syöttösolunsa sieppaavat ja näyttävät vasta-aineita, erityisesti immunoglobuliini E (IgE) -vasta-aineita tälle tietylle allergeenille. Tämä mahdollistaa syöttösolujen tunnistamisen -; ja reagoi -; sama allergeeni uudelleen altistuessa.

"Jos sinulla on maapähkinäallergia ja olet aiemmin reagoinut maapähkinöihin, immuunisolusi tekivät IgE-vasta-aineita maapähkinäproteiineja vastaan, ja syöttösolut keräsivät ne", Scott sanoi. "Nyt he odottavat sinun syövän toisen maapähkinän. Kun teet niin, he voivat reagoida minuuteissa, ja jos vaste on riittävän voimakas, se voi johtaa anafylaksiin."

Jotta syöttösolut voidaan kohdistaa selektiivisesti reagoimaan tiettyyn allergeeniin, tutkijat suunnittelivat hoitonsa ottamaan vastaan ​​vain syöttösoluja, jotka kantavat IgE-vasta-aineita kyseiselle allergeenille. Nanohiukkanen käyttää proteiiniallergeenia vuorovaikutuksessa syöttösolujen IgE-vasta-aineiden kanssa ja sitten käyttää vasta-ainetta kytkemään Siglec-6-reseptorin syöttösolun reagointikyvyn katkaisemiseksi. Ja koska vain syöttösoluissa on Siglec-6-reseptoreita, nanopartikkelit eivät voi sitoutua muihin solutyyppeihin -; strategia, joka rajoittaa tehokkaasti sivuvaikutuksia.

"Voit käyttää mitä tahansa allergeenia, jota haluat, ja suljet valikoivasti vasteen kyseiseen allergeeniin", Scott sanoi. "Allergeeni aktivoi normaalisti syöttösolun. Mutta samaan aikaan allergeeni sitoutuu, nanopartikkelin vasta-aine sitoutuu myös estävään Siglec-6-reseptoriin. Kun otetaan huomioon nämä kaksi ristiriitaista signaalia, syöttösolu päättää, että sen ei pitäisi aktivoitua ja jättää allergeeni rauhaan. Se pysäyttää valikoivasti vasteen tiettyyn allergeeniin. Tämän lähestymistavan kauneus on, että se ei vaadi kaikkien syöttösolujen tappamista tai poistamista. Ja turvallisuusnäkökulmasta katsottuna, jos nanopartikkeli kiinnittyy vahingossa väärään solutyyppiin, solu ei vain reagoi."

Anafylaksia ehkäisee hiirillä

Osoitettuaan menestystä soluviljelmissä käyttämällä ihmiskudoksesta peräisin olevia syöttösoluja, tutkijat siirsivät hoitonsa humanisoituun hiirimalliin. Koska hiirten syöttösoluissa ei ole Siglec-6-reseptoria, Bochnerin tiimi kehitti hiirimallin, jossa on ihmisen syöttösoluja kudoksissaan. Tutkijat altistivat hiiret allergeenille ja toimittivat nanoterapian samaan aikaan.

Yksikään hiiri ei kokenut anafylaktista sokkia ja kaikki selvisivät hengissä.

"Yksinkertaisin tapa seurata allergista vastetta on seurata kehon lämpötilan muutoksia", Scott sanoi. "Emme nähneet lämpötilamuutoksia. Ei vastausta. Lisäksi hiiret pysyivät terveinä, eikä niissä näkynyt mitään ulkoisia merkkejä allergisesta reaktiosta."

"Hiiren syöttösolujen pinnalla ei ole Siglec-6:ta kuten ihmisillä, mutta pääsimme mahdollisimman lähelle todellisia ihmistutkimuksia testaamalla näitä nanopartikkeleita erityisillä hiirillä, joiden kudoksissa oli ihmisen syöttösoluja", Bochner sanoi. . "Pystyimme osoittamaan, että nämä humanisoidut hiiret olivat suojattuja anafylaksia vastaan."

Seuraavaksi tutkijat aikovat tutkia nanoterapiaa muiden syöttösoluihin liittyvien sairauksien, mukaan lukien mastosytoosin, harvinaisen syöttösolusyövän muodon, hoitoon. He myös tutkivat lähestymistapoja lääkkeiden lataamiseen nanopartikkeleihin tappaakseen selektiivisesti syöttösoluja mastosytoosissa vahingoittamatta muita solutyyppejä.

Tutkimusta "Useiden bioaktiivisten proteiinien hallittu adsorptio mahdollistaa kohdistetun syöttösolunanoterapian" tuki National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering (apurahanumero 1R01EB030629-01A1) ja National Institute of Allergy and Infectious Disease (apurahanumero R21AI159586).

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• PlatoESG. hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
• PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
• Lähde: https://www.news-medical.net/news/20240116/Breakthrough-nano-shield-blocks-selective-allergic-reactions.aspx