מגן ננו פורץ דרך חוסם תגובות אלרגיות סלקטיביות

חוקרים מאוניברסיטת נורת'ווסטרן פיתחו את הטיפול הסלקטיבי הראשון למניעת תגובות אלרגיות, שיכולות לנוע בחומרה מכוורות מגרדות ועיניים דומעות ועד לבעיות נשימה ואפילו מוות.

כדי לפתח את הטיפול החדש, חוקרים עיטרו ננו-חלקיקים בנוגדנים המסוגלים לכבות תאי חיסון ספציפיים (הנקראים תאי פיטום) האחראים לתגובות אלרגיות. הננו-חלקיק נושא גם אלרגן התואם לאלרגיה הספציפית של המטופל. אם אדם אלרגי לבוטנים, למשל, אז הננו-חלקיק נושא חלבון בוטנים.

בגישה הדו-שלבית הזו, האלרגן מעסיק את תאי הפיטום המדויקים האחראים לאלרגיה הספציפית, ואז הנוגדנים מכבים רק את התאים הללו. גישה ממוקדת מאוד זו מאפשרת לטיפול למנוע אלרגיות ספציפיות באופן סלקטיבי מבלי לדכא את המערכת החיסונית כולה.

במחקר בעכבר, הטיפול הוכיח הצלחה של 100% במניעת תגובות אלרגיות מבלי לגרום לתופעות לוואי ניכרות.

המחקר פורסם היום (16 בינואר) בכתב העת טבע ננוטכנולוגיה. זה מסמן את הננו-תרפיה הראשונה לעיכוב תאי פיטום, ובכך מונע תגובה אלרגית לאלרגן ספציפי.

"נכון לעכשיו, אין שיטות זמינות למיקוד ספציפית בתאי פיטום", אמר אוון א' סקוט מנורתווסטרן, שהוביל את המחקר. "כל מה שיש לנו זה תרופות כמו אנטיהיסטמינים לטיפול בסימפטומים, ואלה לא מונעות אלרגיות. הם נוגדים את ההשפעות של היסטמינים לאחר שתאי התורן כבר הופעלו. אם הייתה לנו דרך להשבית את תאי התורן המגיבים לאלרגנים ספציפיים, אז היינו יכולים לעצור תגובות חיסוניות מסוכנות במצבים חמורים כמו אנפילקסיס, כמו גם תגובות פחות חמורות כמו אלרגיות עונתיות".

הצורך הגדול ביותר שלא מסופק הוא באנפילקסיס, שעלול להיות מסכן חיים. צורות מסוימות של אימונותרפיה דרך הפה עשויות להיות מועילות במקרים מסוימים, אך כרגע אין לנו אפשרויות טיפול מאושרות על ידי ה-FDA המונעות באופן עקבי תגובות כאלה מלבד הימנעות מהמזון או הסוכן הפוגעים. אחרת, טיפולים כמו אפינפרין ניתנים לטיפול בתגובות קשות -; לא למנוע אותם. האם זה לא יהיה נהדר אם היה טיפול בטוח ויעיל לאלרגיה למזון שיאפשר באופן עקבי להכניס מחדש מזון לתזונה שפעם היית צריך להימנע ממנו?"

ד"ר נורת'ווסטרן, ברוס בוכנר, מומחה לאלרגיה ושותף למחקר

סקוט הוא פרופסור קיי דייויס להנדסה ביו-רפואית בבית הספר להנדסה מק'קורמיק של נורת'ווסטרן וחבר במכון סימפסון קווירי לביו-ננוטכנולוגיה ובמכון הבינלאומי לננוטכנולוגיה. בוכנר הוא פרופסור אמריטוס לרפואה של סמואל מ. פיינברג (אלרגיה ואימונולוגיה) בבית הספר לרפואה של אוניברסיטת נורת'ווסטרן פיינברג. המחבר הראשון של המאמר הוא Fanfan Du, פוסט-דוקטורט במעבדתו של סקוט, שעבד בשיתוף פעולה הדוק עם המחברים הראשונים Clayton Rische, Ph.D. מועמד בהנחיה משותפת של בוכנר וסקוט, ויאנג לי, דוקטור. מועמד במעבדת סקוט.

מטרה מסובכת

תאי פיטום, הממוקמים כמעט בכל הרקמות בגוף האדם, ידועים בעיקר בשל היותם אחראים בעיקר לתגובות אלרגיות. אבל הם גם ממלאים עוד כמה תפקידים חשובים, כולל ויסות זרימת הדם ומלחמה בטפילים. לכן, חיסול מלא של תאי פיטום כדי למנוע תגובות אלרגיות עלול להזיק לתגובות שימושיות ובריאות אחרות.

"למרות שחלק מהתרופות נמצאות בפיתוח, אין כיום תרופות מאושרות על ידי ה-FDA המעכבות, או מחסלות, תאי פיטום", אמר בוכנר. "זה היה קשה בעיקר בגלל שתרופות שיכולות להשפיע על הפעלה או הישרדות של תאי פיטום גם מכוונות לתאים אחרים מלבד תאי פיטום, ולכן נוטות להיות תופעות לוואי לא רצויות עקב השפעות על תאים אחרים."

בעבודה קודמת, בוכנר זיהה את Siglec-6, קולטן מעכב ייחודי שנמצא בצורה סלקטיבית מאוד על תאי פיטום. אם חוקרים יכלו למקד את הקולטן הזה עם נוגדן, אז הם יכלו לעכב באופן סלקטיבי תאי פיטום כדי למנוע אלרגיה. אבל הצגת הנוגדן הזה בפני עצמה נכשלה.

"היה קשה להשיג ריכוז גבוה מספיק של הנוגדן כדי להשפיע", אמר סקוט. "תהינו אם נוכל לשפר את הריכוז הזה באמצעות ננו-חלקיק. אם נוכל לארוז צפיפות גבוהה של נוגדנים על ננו-חלקיק, אז נוכל להפוך אותו למעשי לשימוש."

הדבקת נוגדנים על חלקיק

כדי לארוז את הנוגדנים על ננו-חלקיק, סקוט וצוותו היו צריכים להתגבר על אתגר נוסף. כדי שחלבונים (כמו נוגדנים) יידבקו לננו-חלקיק, הם בדרך כלל חייבים ליצור קשר כימי שמפרש (או מטהר) את החלבון, ומשפיע על הפעילות הביולוגית שלו. כדי לעקוף את האתגר הזה, סקוט פנה לננו-חלקיק שפותח בעבר במעבדתו.

בניגוד לננו-חלקיקים סטנדרטיים יותר שיש להם משטחים יציבים, הננו-חלקיקים החדשים של סקוט מורכבים משרשרות פולימריות דינמיות, שיכולות להפוך באופן עצמאי את הכיוון שלהן בחשיפה לממסים וחלבונים שונים. כאשר מכניסים אותם לתמיסות נוזליות, השרשראות מכוונות את עצמן כדי להשיג אינטראקציות אלקטרוסטטיות חיוביות עם מולקולות מים. אבל כאשר חלבון נוגע במשטח הננו-חלקיק, שרשראות הפולימר הזעירות הספציפיות בממשק הופכות את כיוונן כדי להחזיק ביציבות בחלבון מבלי להיקשר אליו באופן קוולנטי. הצוות של סקוט מצא גם כי כיסים דוחי מים על משטחי חלבון היו המפתח לאינטראקציה היציבה.

כאשר הם נקשרים למשטחים, חלבונים בדרך כלל דנטורים, ומאבדים את הפעילות הביולוגית שלהם. היבט ייחודי של הננו-חלקיקים של סקוט הוא שהם יכולים לקשור ביציבות אנזימים ונוגדנים תוך שמירה על המבנה התלת-ממדי והתפקודים הביולוגיים שלהם. המשמעות היא שהנוגדנים האנטי-Siglec-3 שמרו על הזיקה החזקה שלהם לקולטני תאי הפיטום -; אפילו כשהם מחוברים למשטחי הננו-חלקיקים.

"זהו משטח דינמי ייחודי", אמר סקוט. "במקום משטח יציב סטנדרטי, הוא יכול לשנות את כימיה פני השטח שלו. הוא עשוי משרשראות פולימר זעירות של תרכובות, שיכולות להפוך את הכיוון שלהן כדי למקסם אינטראקציות חיוביות עם מים וחלבונים כאחד לפי הצורך".

כאשר הצוות של סקוט ערבב את הננו-חלקיקים עם נוגדנים, קרוב ל-100% מהנוגדנים התחברו בהצלחה לננו-חלקיקים מבלי לאבד את יכולתם להיקשר למטרות הספציפיות שלהם. זה הביא לטיפול מבוסס ננו-חלקיקים המשתמש במשטחים עם כמויות צפופות וניתנות לשליטה של ​​נוגדנים מרובים נפרדים לתאי פיטום.

כיבוי סלקטיבי

על מנת שמישהו יהפוך לאלרגי, תאי הפיטום שלו לוכדים ומציגים נוגדנים, במיוחד נוגדנים אימונוגלובולין E (IgE), עבור האלרגן הספציפי הזה. זה מאפשר לתאי התורן לזהות -; ולהגיב ל-; אותו אלרגן בחשיפה חוזרת.

"אם יש לך אלרגיה לבוטנים והייתה לך תגובה לבוטנים בעבר, אז תאי החיסון שלך יצרו נוגדני IgE נגד חלבוני בוטנים, ותאי הפיטום אספו אותם", אמר סקוט. "עכשיו, הם מחכים שתאכל עוד בוטן. כאשר אתה עושה זאת, הם יכולים להגיב תוך דקות, ואם התגובה חזקה מספיק, זה יכול לגרום לאנפילקסיס."

כדי לכוון באופן סלקטיבי לתאי פיטום כדי להגיב לאלרגן מסוים, החוקרים תכננו את הטיפול שלהם כך שיפעיל רק תאי פיטום הנושאים נוגדנים מסוג IgE לאלרגן זה. הננו-חלקיק משתמש באלרגן חלבון כדי להתחבר לנוגדני IgE על תאי הפיטום ולאחר מכן משתמש בנוגדן כדי להפעיל את הקולטן Siglec-6 כדי לכבות את יכולת התגובה של תא הפיטום. ומכיוון שרק תאי מאסט מציגים קולטנים של Siglec-6, הננו-חלקיק אינו יכול להיקשר לסוגי תאים אחרים -; אסטרטגיה שמגבילה ביעילות את תופעות הלוואי.

"אתה יכול להשתמש בכל אלרגן שאתה רוצה, ואתה תכבה באופן סלקטיבי את התגובה לאלרגן הזה," אמר סקוט. "האלרגן היה מפעיל בדרך כלל את תא התורן. אבל במקביל האלרגן נקשר, הנוגדן על הננו-חלקיק מפעיל גם את הקולטן ה-Siglec-6 המעכב. בהתחשב בשני האותות הסותרים הללו, תא התורן מחליט שהוא לא צריך להפעיל ועליו להשאיר את האלרגן הזה לבד. זה מפסיק באופן סלקטיבי תגובה לאלרגן ספציפי. היופי בגישה זו הוא שהיא אינה דורשת הרג או חיסול כל תאי התורן. ומבחינה בטיחותית, אם הננו-חלקיק נצמד בטעות לסוג התא הלא נכון, התא הזה פשוט לא יגיב".

מניעת אנפילקסיס בעכברים

לאחר שהוכיחו הצלחה בתרביות תאים באמצעות תאי פיטום שמקורם ברקמה אנושית, העבירו החוקרים את הטיפול שלהם למודל עכבר הומני. מכיוון שבתאי פיטום בעכברים אין את הקולטן Siglec-6, הצוות של בוכנר פיתח מודל עכבר עם תאי פיטום אנושיים ברקמותיהם. החוקרים חשפו את העכברים לאלרגן והעניקו את הננו-תרפיה בו זמנית.

אף עכבר לא חוו הלם אנפילקטי וכולם שרדו.

"הדרך הפשוטה ביותר לנטר תגובה אלרגית היא לעקוב אחר שינויים בטמפרטורת הגוף", אמר סקוט. "לא ראינו שינויים בטמפרטורה. לא הייתה תגובה. כמו כן, העכברים נשארו בריאים ולא הראו שום סימנים חיצוניים לתגובה אלרגית".

"לתאי תורן של עכברים אין Siglec-6 על פני השטח שלהם כמו בבני אדם, אבל התקרבנו ככל שיכולנו לעת עתה למחקרים אנושיים בפועל על ידי בדיקת הננו-חלקיקים האלה בעכברים מיוחדים שהיו להם תאי פיטום אנושיים ברקמותיהם", אמר בוכנר . "הצלחנו להראות שהעכברים המואנשים האלה היו מוגנים מפני אנפילקסיס."

בשלב הבא, החוקרים מתכננים לחקור את הננו-תרפיה שלהם לטיפול במחלות אחרות הקשורות לתאי פיטום, כולל מסטוציטוזיס, צורה נדירה של סרטן תאי פיטום. הם גם חוקרים גישות להעמסת תרופות בתוך הננו-חלקיקים כדי להרוג באופן סלקטיבי תאי פיטום במסטוציטוזיס מבלי לפגוע בסוגי תאים אחרים.

המחקר, "ספיחה מבוקרת של חלבונים ביו-אקטיביים מרובים מאפשרת ננו-תרפיה ממוקדת של תאי פיטום", נתמך על ידי המכון הלאומי להדמיה ביו-רפואית וביו-הנדסה (מספר מענק 1R01EB030629-01A1) והמכון הלאומי לאלרגיה ומחלות זיהומיות (מספר מענק R21AI159586).

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• PlatoESG. פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
• מקור: https://www.news-medical.net/news/20240116/Breakthrough-nano-shield-blocks-selective-allergic-reactions.aspx