Terobosan nano-shield memblokir reaksi alergi selektif

Peneliti Universitas Northwestern telah mengembangkan terapi selektif pertama untuk mencegah reaksi alergi, yang tingkat keparahannya bisa berkisar dari gatal-gatal dan mata berair hingga kesulitan bernapas dan bahkan kematian.

Untuk mengembangkan terapi baru, para peneliti menghiasi nanopartikel dengan antibodi yang mampu mematikan sel kekebalan spesifik (disebut sel mast) yang bertanggung jawab atas respons alergi. Partikel nano juga membawa alergen yang sesuai dengan alergi spesifik pasien. Jika seseorang alergi terhadap kacang tanah, misalnya, maka nanopartikel tersebut membawa protein kacang tanah.

Dalam pendekatan dua langkah ini, alergen melibatkan sel mast yang bertanggung jawab atas alergi tertentu, dan kemudian antibodi hanya mematikan sel tersebut. Pendekatan yang sangat bertarget ini memungkinkan terapi untuk mencegah alergi tertentu secara selektif tanpa menekan seluruh sistem kekebalan tubuh.

Dalam penelitian pada tikus, terapi ini menunjukkan keberhasilan 100% dalam mencegah respons alergi tanpa menimbulkan efek samping yang nyata.

Penelitian ini dipublikasikan hari ini (16 Januari) di jurnal Nanoteknologi Alam. Ini menandai nanoterapi pertama untuk menghambat sel mast, sehingga mencegah respons alergi terhadap alergen tertentu.

“Saat ini, tidak ada metode yang tersedia untuk menargetkan sel mast secara spesifik,” kata Evan A. Scott dari Northwestern, yang memimpin penelitian tersebut. “Yang kami punya hanyalah obat-obatan seperti antihistamin untuk mengatasi gejala, dan obat-obatan tersebut tidak mencegah alergi. Mereka melawan efek histamin setelah sel mast diaktifkan. Jika kita memiliki cara untuk menonaktifkan sel mast yang merespons alergen tertentu, maka kita dapat menghentikan respons imun yang berbahaya dalam situasi parah seperti anafilaksis serta respons yang tidak terlalu serius seperti alergi musiman.”

Kebutuhan terbesar yang belum terpenuhi adalah anafilaksis, yang dapat mengancam jiwa. Bentuk imunoterapi oral tertentu mungkin bisa membantu dalam beberapa kasus, namun saat ini kami tidak memiliki pilihan pengobatan yang disetujui FDA yang secara konsisten mencegah reaksi tersebut selain menghindari makanan atau agen penyebab. Jika tidak, pengobatan seperti epinefrin diberikan untuk mengatasi reaksi parah -; tidak mencegahnya. Bukankah lebih bagus jika ada pengobatan yang aman dan efektif untuk alergi makanan yang secara konsisten memungkinkan untuk memasukkan kembali makanan ke dalam pola makan yang sebelumnya harus Anda hindari?”

Bruce Bochner dari Northwestern, pakar alergi dan rekan penulis studi

Scott adalah Profesor Teknik Biomedis Kay Davis di Sekolah Teknik McCormick Northwestern dan anggota Institut BioNanoteknologi Simpson Querrey dan Institut Internasional untuk Nanoteknologi. Bochner adalah Profesor Kedokteran Emeritus Samuel M. Feinberg (alergi dan imunologi) di Fakultas Kedokteran Universitas Northwestern Feinberg. Penulis pertama makalah ini adalah Fanfan Du, seorang rekan pascadoktoral di laboratorium Scott, yang bekerja sama dengan rekan penulis pertama Clayton Rische, seorang Ph.D. kandidat yang dibimbing bersama oleh Bochner dan Scott, dan Yang Li, seorang Ph.D. kandidat di lab Scott.

Sasaran yang rumit

Terletak di hampir semua jaringan di seluruh tubuh manusia, sel mast terkenal karena bertanggung jawab atas respons alergi. Namun mereka juga memainkan beberapa peran penting lainnya, termasuk pengaturan aliran darah dan melawan parasit. Oleh karena itu, menghilangkan sel mast sepenuhnya untuk mencegah reaksi alergi dapat merusak respons lain yang bermanfaat dan menyehatkan.

“Meskipun beberapa obat sedang dalam pengembangan, saat ini belum ada obat yang disetujui FDA yang dapat menghambat, atau menghilangkan, sel mast,” kata Bochner. “Hal ini sulit dilakukan terutama karena obat yang dapat mempengaruhi aktivasi atau kelangsungan hidup sel mast juga menargetkan sel selain sel mast, sehingga cenderung menimbulkan efek samping yang tidak diinginkan karena pengaruh pada sel lain.”

Dalam penelitian sebelumnya, Bochner mengidentifikasi Siglec-6, reseptor penghambat unik yang ditemukan secara tinggi dan selektif pada sel mast. Jika peneliti dapat menargetkan reseptor tersebut dengan antibodi, maka mereka dapat menghambat sel mast secara selektif untuk mencegah alergi. Namun memperkenalkan antibodi ini saja tidak berhasil.

“Sulit untuk mendapatkan konsentrasi antibodi yang cukup tinggi agar dapat memberikan efek,” kata Scott. “Kami bertanya-tanya apakah kami dapat meningkatkan konsentrasi ini menggunakan nanopartikel. Jika kita dapat mengemas antibodi dengan kepadatan tinggi ke dalam nanopartikel, maka kita dapat membuatnya praktis untuk digunakan.”

Menempelkan antibodi pada suatu partikel

Untuk mengemas antibodi ke dalam nanopartikel, Scott dan timnya harus mengatasi tantangan lain. Agar protein (seperti antibodi) dapat menempel pada nanopartikel, mereka biasanya harus membentuk ikatan kimia yang membuka (atau mengubah sifat) protein tersebut, sehingga memengaruhi aktivitas biologisnya. Untuk mengatasi tantangan ini, Scott beralih ke nanopartikel yang sebelumnya dikembangkan di laboratoriumnya.

Tidak seperti nanopartikel standar yang memiliki permukaan stabil, nanopartikel Scott yang baru dikembangkan terdiri dari rantai polimer dinamis, yang dapat secara mandiri mengubah orientasinya saat terkena pelarut dan protein yang berbeda. Ketika dimasukkan ke dalam larutan cair, rantai menyesuaikan diri untuk mencapai interaksi elektrostatik yang menguntungkan dengan molekul air. Namun ketika suatu protein menyentuh permukaan nanopartikel, rantai polimer kecil spesifik pada antarmuka membalik orientasinya untuk menahan protein secara stabil tanpa terikat secara kovalen padanya. Tim Scott juga menemukan bahwa kantong anti air pada permukaan protein adalah kunci interaksi yang stabil.

Saat berikatan dengan permukaan, protein biasanya mengalami denaturasi sehingga kehilangan bioaktivitasnya. Aspek unik dari nanopartikel Scott adalah mereka dapat mengikat enzim dan antibodi secara stabil sambil mempertahankan struktur 3D dan fungsi biologisnya. Ini berarti antibodi anti-Siglec-6 mempertahankan afinitas kuatnya terhadap reseptor sel mast -; bahkan ketika menempel pada permukaan nanopartikel.

“Ini adalah permukaan dinamis yang unik,” kata Scott. “Alih-alih menggunakan permukaan stabil standar, ia dapat mengubah kimia permukaannya. Itu terbuat dari rantai senyawa polimer kecil, yang dapat mengubah orientasinya untuk memaksimalkan interaksi yang menguntungkan dengan air dan protein jika diperlukan.”

Ketika tim Scott mencampurkan nanopartikel dengan antibodi, hampir 100% antibodi berhasil menempel pada nanopartikel tanpa kehilangan kemampuannya untuk mengikat target spesifiknya. Hal ini menghasilkan terapi berbasis nanopartikel yang menggunakan permukaan dengan sejumlah antibodi berbeda yang padat dan sangat terkendali untuk menargetkan sel mast.

Penutupan selektif

Agar seseorang menjadi alergi, sel mastnya menangkap dan menampilkan antibodi, khususnya antibodi imunoglobulin E (IgE), untuk alergen spesifik tersebut. Hal ini memungkinkan sel mast untuk mengenali -; dan bereaksi terhadap -; alergen yang sama jika terpapar berulang kali.

“Jika Anda memiliki alergi kacang tanah dan pernah mengalami respons terhadap kacang tanah di masa lalu, maka sel kekebalan Anda membuat antibodi IgE terhadap protein kacang tanah, dan sel mast mengumpulkannya,” kata Scott. “Sekarang, mereka menunggumu makan kacang lagi. Jika Anda melakukannya, mereka akan merespons dalam beberapa menit, dan jika responsnya cukup kuat, hal itu dapat mengakibatkan anafilaksis.”

Untuk menargetkan sel mast secara selektif agar dapat merespons alergen tertentu, para peneliti merancang terapi mereka untuk hanya melibatkan sel mast yang membawa antibodi IgE terhadap alergen tersebut. Partikel nano menggunakan protein alergen untuk berinteraksi dengan antibodi IgE pada sel mast dan kemudian menggunakan antibodi untuk berinteraksi dengan reseptor Siglec-6 guna mematikan kemampuan sel mast untuk bereaksi. Dan karena hanya sel mast yang menampilkan reseptor Siglec-6, nanopartikel tidak dapat berikatan dengan tipe sel lain -; sebuah strategi yang secara efektif membatasi efek samping.

“Anda dapat menggunakan alergen apa pun yang Anda inginkan, dan Anda akan secara selektif menghentikan respons terhadap alergen tersebut,” kata Scott. “Alergen biasanya mengaktifkan sel mast. Namun pada saat alergen berikatan, antibodi pada nanopartikel juga melibatkan reseptor penghambat Siglec-6. Mengingat dua sinyal yang bertentangan ini, sel mast memutuskan untuk tidak mengaktifkannya dan membiarkan alergen tersebut. Ini secara selektif menghentikan respons terhadap alergen tertentu. Keunggulan dari pendekatan ini adalah tidak perlu membunuh atau menghilangkan semua sel mast. Dan, dari sudut pandang keamanan, jika nanopartikel secara tidak sengaja menempel pada jenis sel yang salah, sel tersebut tidak akan merespons.”

Mencegah anafilaksis pada tikus

Setelah menunjukkan keberhasilan dalam kultur seluler menggunakan sel mast yang berasal dari jaringan manusia, para peneliti memindahkan terapi mereka ke model tikus yang dimanusiakan. Karena sel mast pada tikus tidak memiliki reseptor Siglec-6, tim Bochner mengembangkan model tikus dengan sel mast manusia di jaringannya. Para peneliti memaparkan tikus pada alergen dan memberikan nanoterapi pada saat yang bersamaan.

Tidak ada tikus yang mengalami syok anafilaksis dan semuanya selamat.

“Cara paling sederhana untuk memantau respons alergi adalah dengan melacak perubahan suhu tubuh,” kata Scott. “Kami tidak melihat adanya perubahan suhu. Tidak ada tanggapan. Selain itu, tikus-tikus tersebut tetap sehat dan tidak menunjukkan tanda-tanda reaksi alergi.”

“Sel mast tikus tidak memiliki Siglec-6 di permukaannya seperti pada manusia, namun saat ini kami sudah sedekat mungkin dengan penelitian pada manusia dengan menguji nanopartikel ini pada tikus khusus yang memiliki sel mast manusia di jaringannya,” kata Bochner. . “Kami dapat menunjukkan bahwa tikus yang dimanusiakan ini terlindungi dari anafilaksis.”

Selanjutnya, para peneliti berencana untuk mengeksplorasi nanoterapi mereka untuk mengobati penyakit terkait sel mast lainnya, termasuk mastositosis, suatu bentuk kanker sel mast yang langka. Mereka juga sedang menyelidiki pendekatan untuk memasukkan obat ke dalam nanopartikel untuk membunuh sel mast secara selektif pada mastositosis tanpa melukai jenis sel lainnya.

Studi tersebut, “Adsorpsi terkontrol dari beberapa protein bioaktif memungkinkan nanoterapi sel mast yang ditargetkan,” didukung oleh Institut Nasional Pencitraan Biomedis dan Bioteknologi (nomor hibah 1R01EB030629-01A1) dan Institut Nasional Alergi dan Penyakit Menular (nomor hibah R21AI159586).

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• PlatoData.Jaringan Vertikal Generatif Ai. Berdayakan Diri Anda. Akses Di Sini.
• PlatoAiStream. Intelijen Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• PlatoESG. Karbon, teknologi bersih, energi, Lingkungan Hidup, Tenaga surya, Penanganan limbah. Akses Di Sini.
• PlatoHealth. Kecerdasan Uji Coba Biotek dan Klinis. Akses Di Sini.
• Sumber: https://www.news-medical.net/news/20240116/Breakthrough-nano-shield-blocks-selective-allergic-reactions.aspx