Nanoparticelle per rimuovere molecole immunitarie dannose dal sangue

I ricercatori della Nanyang Technological University hanno recentemente progettato nuove particelle in grado di catturare molecole bersaglio nel flusso sanguigno e indirizzarle verso i lisosomi.

Il sistema immunitario, la rete di difesa del corpo contro infezioni e lesioni, può talvolta diventare troppo attivo.

In questi casi, può produrre troppi mediatori immunitari, frammenti di materiale genetico o proteine che regolano le risposte immunitarie.

Un eccesso di queste molecole nel flusso sanguigno può causare una grave infiammazione, talvolta portando a condizioni mediche potenzialmente letali come sepsi e lesioni polmonari acute.

La sepsi è una risposta estrema e potenzialmente letale a un’infezione batterica, virale o fungina.

La lesione polmonare acuta, invece, si verifica quando l’infiammazione provoca la fuoriuscita di liquido nei polmoni, compromettendo la respirazione e potenzialmente portando a insufficienza respiratoria.

Alcuni scienziati e ingegneri biomedici stanno cercando soluzioni promettenti per rimuovere questi mediatori immunitari in eccesso dal flusso sanguigno.

Alcuni approcci proposti si basano su chimere che indirizzano i lisosomi (LYTAC), molecole che potrebbero rimuovere proteine all’esterno o sulla superficie delle cellule, indirizzandole verso i lisosomi (cioè organi che smalmano o riciclano particelle di cibo e altri rifiuti cellulari).

I ricercatori della Nanyang Technological University hanno recentemente progettato nuovi LYTAC in grado di catturare molecole bersaglio nel flusso sanguigno e indirizzarle verso i lisosomi.

Queste nuove nanoparticelle, chiamate SOLIDs (nanodegradatori auto-selezionanti orientati alla rigidità), sono state introdotte in un articolo pubblicato su Nature Nanotechnology.

“I lisosomi sono il luogo naturale per la degradazione delle proteine nelle cellule”, hanno detto rispettivamente il dottor Jiayan Wu e il professor Kanyi Pu, primo e senior autori dell’articolo, a Tech Xplore.

“Una tecnologia nota come LYTACs cattura bersagli proteici e li trasporta ai lisosomi per la degradazione. Tuttavia, i progetti LYTAC convenzionali si basano su una ‘parte di smistamento dei lisosomi’ per colpire i lisosomi, e alcuni progetti di smistamento dei lisosomi sono suscettibili all’interferenza sirica.”

“Nei nostri studi precedenti, abbiamo scoperto che le nanoparticelle SP (SP NP) con composizioni chimiche diverse mostravano costantemente un accumulo lisosomico preferenziale senza richiedere una parte di selezione dei lisosomi”, ha detto Pu.

“Questo ci ha ispirati a esplorare il potenziale dei NP SP come nanodegradatori auto-selezionanti per i lisosomi per eliminare fattori patogeni dal siero e trattare malattie immuno-correlate causate da questi fattori.”

Cattura delle molecole immunitarie dannose nel flusso sanguigno

Le nanoparticelle ingegnerizzate da Wu, Pu e i loro colleghi hanno due strati principali. Il primo è un nucleo interno rigido basato sulla SP che li aiuta a viaggiare all’interno delle cellule e raggiungere i lisosomi.

Il secondo è un rivestimento esterno che cattura le molecole nel flusso sanguigno ed è basato su PEG, un polimero biocompatibile ampiamente utilizzato per applicazioni biomediche.

Per eliminare le molecole nocive nel flusso sanguigno, le nanoparticelle SOLID attraversano tre fasi chiave. Innanzitutto, le nanoparticelle circolano nel sangue e catturano molecole patogene.

Queste molecole, insieme ad altre proteine nel sangue, si attaccano anche alla superficie delle nanoparticelle, creando un rivestimento noto come ‘corona proteica’.

Successivamente, due proteine, ApoE e C3, mediano l’accumulo preferenziale di SOLIDs rispettivamente nel fegato e nella milza.

Circa il 91,6% del contenuto di SOLIDI si accumula nel fegato e il 5,5% nella milza. Una volta all’interno del fegato, i SOLIDs vengono inghiottiti da specifiche cellule epatiche (cioè cellule epatiche) che contengono significativamente più lisosomi rispetto alle cellule di altri organi.

Come parte del loro recente studio, il team ha progettato con cura il guscio PEG delle nanoparticelle SOLID utilizzando anticorpi specifici e filamenti di acidi nucleici, per assicurarsi di catturare due mediatori immunitari noti, ovvero la citochina IL-6 e l’oligonucleotide CpG1826. Successivamente hanno testato le nanoparticelle in modelli murini di sepsi e lesioni polmonari acute.

I risultati dei loro esperimenti iniziali erano promettenti. È stato riscontrato che i SOLIDs eliminano efficacemente più mediatori immunitari nel sangue dei topi rispetto ad altre terapie basate su anticorpi e LYTAC, e hanno trattato i topi con sepsi e condizioni acute simili a lesioni polmonari in modo più efficace.

“Il nostro lavoro enfatizza la meccanica NP come determinante chiave del targeting degli organelli, stabilisce il fegato come principale sito per la degradazione lisosomica e offre una nuova via per trattare la malattia eliminando i mediatori sierici patogeni,” ha detto Pu.

“Mentre gli NP sono stati tradizionalmente usati principalmente come portatori di farmaci, abbiamo identificato le proprietà meccaniche intrinseche dei SOLIDs come determinante chiave della loro capacità di targeting dei lisosomi, trasformando così le proprietà intrinseche degli NP in un componente terapeutico.”

I recenti sforzi del team di Pu e dei loro collaboratori potrebbero aprire nuove opportunità per trattare condizioni associate a risposte immunitarie aumentate e all’accumulo di mediatori immunitari nel flusso sanguigno.

In particolare, i test su diversi animali suggeriscono che i SP utilizzati dal team sono biocompatibili e non interferiscono con le funzioni fisiologiche.

“Le infezioni virali e le immunoterapie oncologiche possono scatenare un’eccessiva attivazione immunitaria, portando a tempeste di citochine e all’accumulo di mediatori patogeni nel siero,” ha detto Pu.

“I SOLIDs possono essere adattati in nanodegradatori personalizzati per singoli pazienti, consentendo la degradazione selettiva di specifiche citochine e prevenendo così danni agli organi causati da iperinfiammazione sistemica.”

Prima che le nanoparticelle del team possano essere testate in studi clinici umani, la loro sicurezza ed efficacia dovranno essere ulteriormente validate.

Nel frattempo, i ricercatori stanno esplorando la possibilità di indirizzare i SOLIDs ad altri organi per trattare condizioni specifiche di ciascuno organo.

“In questo studio, i SOLIDs sono stati progettati principalmente per colpire i lisosomi epatici al fine di massimizzare la degradazione delle biomolecole patogeniche sieriche,” ha aggiunto Pu.

“In studi futuri, modulare la distribuzione organica dei SOLIDs per affrontare malattie specifiche di ogni organo guidate da diversi mediatori patogeni potrebbe rappresentare una direzione di ricerca promettente. Tali SOLIDI selettivi per organi possono accumularsi specificamente negli organi o tessuti malati e degradare i mediatori patogeni in situ.”

 Credito: Jiayan Wu. Università Tecnologica di Nanyang.

The post Nanoparticelle per rimuovere molecole immunitarie dannose dal sangue appeared first on Cronache di Scienza.