Nanočastice sa zamerajú na imunitné bunky, aby zabránili anafylaxii

Závažnosť alergií môže byť od svrbenia očí a nádchy, až po život ohrozujúcu anafylaxiu. Arašidy, prach, plesne, psie chlpy, parfumy, peľ, lieky, bodnutie hmyzom a latex – okrem úplného vyhýbania sa týmto veciam pre niektorých ľudí neexistuje spôsob, ako zabrániť alergickým reakciám.

To sa môže čoskoro zmeniť vďaka výskumníkom zo Severozápadnej univerzity, ktorí vyvinuli prvú selektívnu terapiu na prevenciu alergických reakcií v podobe nanočastíc s protilátkami, ktoré odstavia imunitné bunky zodpovedné za alergické reakcie tela.

„V súčasnosti nie sú k dispozícii žiadne metódy na špecifické zacielenie žírnych buniek,“ povedal Evan Scott, zodpovedajúci autor štúdie. „Všetko, čo máme, sú lieky, ako sú antihistaminiká na liečbu symptómov, a tie nezabránia alergiám. Pôsobia proti účinkom histamínov po aktivácii žírnych buniek. Ak by sme mali spôsob, ako inaktivovať žírne bunky, ktoré reagujú na špecifické alergény, mohli by sme zastaviť nebezpečné imunitné reakcie v ťažkých situáciách, ako je anafylaxia, ako aj menej závažných reakciách, ako sú sezónne alergie.“

Žírne bunky sú biele krvinky rezidentné v tkanive, ktoré sú nevyhnutné pre alergický zápal. Keď sa niekto stane alergickým, jeho žírne bunky zachytia a zobrazia protilátky, konkrétne imunoglobulín E (IgE), pre túto špecifickú látku vyvolávajúcu alergiu, čo je alergén, takmer vždy proteín. To umožňuje žírnym bunkám rozpoznať a reagovať na rovnaký alergén, ak je mu osoba znovu vystavená.

„Ak máte alergiu na arašidy a v minulosti ste na arašidy reagovali, potom vaše imunitné bunky vytvorili IgE protilátky proti arašidovým proteínom a žírne bunky ich zhromaždili,“ povedal Scott. "Teraz čakajú, kým zjete ďalší arašid. Keď to urobíte, môžu reagovať v priebehu niekoľkých minút, a ak je odpoveď dostatočne silná, môže to viesť k anafylaxii.“

Aby sa proteíny, ako sú protilátky, prilepili k nanočastici, zvyčajne musia vytvoriť väzbu, ktorá rozvinie proteín a ovplyvní jeho biologickú aktivitu. Na riešenie tejto výzvy výskumníci vytvorili nanočastice zložené z dynamických polymérnych reťazcov, ktoré môžu nezávisle meniť svoju orientáciu, keď sú vystavené rôznym rozpúšťadlám a proteínom. Takže, keď je proteín pripojený k povrchu nanočastice, polymérne reťazce na rozhraní prevrátia svoju polohu, aby stabilne držali proteín bez toho, aby sa k nemu viazali, čím si zachovajú svoju funkciu. Vodu odpudivé vrecká na povrchu proteínu boli kľúčom k udržaniu stabilnej interakcie.

„Toto je jedinečný dynamický povrch,“ povedal Scott. „Namiesto štandardného stabilného povrchu môže prepínať svoju povrchovú chémiu. Je vyrobený z malých polymérnych reťazcov zlúčenín, ktoré môžu zmeniť svoju orientáciu, aby sa podľa potreby maximalizovali priaznivé interakcie s vodou aj proteínmi.“

Výskumníci zistili, že takmer 100% protilátok sa pripojilo k nanočasticiam bez straty ich schopnosti viazať sa na svoje špecifické ciele. To viedlo k nanočastici, ktorej povrch bol husto naplnený vysoko kontrolovateľnými množstvami viacerých odlišných protilátok zacielených na žírne bunky.

Nanočastica je zdobená protilátkami anti-Siglec-6, ktoré bránia mastocytom reagovať na alergén. Nesie tiež alergény, ktoré zodpovedajú konkrétnej alergii osoby. Napríklad, ak by sa nanočastice použili na osobu s alergiou na arašidy, obsahovali by arašidový proteín. Ide o dvojaký prístup. Alergén zapojí špecifické žírne bunky zodpovedné za alergiu a potom protilátky tieto bunky vypnú. A pretože iba žírne bunky vykazujú receptory Siglec-6, nanočastice sa nemôžu viazať na iné typy buniek, čo účinne obmedzuje vedľajšie účinky.

„Môžete použiť akýkoľvek alergén, ktorý chcete, a selektívne vypnete reakciu na tento alergén,“ povedal Scott. „Alergén by normálne aktivoval žírne bunky, no zároveň sa alergén naviaže, protilátka na nanočastici zapojí aj inhibítor Siglec-6 receptor. Vzhľadom na tieto dva protichodné signály sa žírna bunka rozhodne, že by sa nemala aktivovať a mala by nechať alergén na pokoji. Selektívne zastavuje reakciu na konkrétny alergén. Krása tohto prístupu spočíva v tom, že nevyžaduje zabíjanie alebo elimináciu všetkých žírnych buniek. A z bezpečnostného hľadiska, ak sa nanočastica náhodne pripojí k nesprávnemu typu bunky, táto bunka jednoducho nebude reagovať.“

Po úspešnom použití novej nanočastice na kultúrach žírnych buniek získaných z ľudského tkaniva výskumníci testovali terapiu na myšacích modeloch. Pretože žírne bunky u myší nemajú receptory Siglec-6, vedci vyvinuli model s ľudskými žírnymi bunkami v ich tkanivách. Myši boli vystavené alergénu a nanoterapia bola súčasne aplikovaná intravenózne. Žiadne zo zvierat nezaznamenalo anafylaxiu a všetky prežili.

„Najjednoduchší spôsob, ako sledovať alergickú reakciu, je sledovať zmeny telesnej teploty,“ povedal Scott. „Nezaznamenali sme žiadne zmeny teploty. Neprišla žiadna odozva. Tiež myši zostali zdravé a nevykazovali žiadne vonkajšie známky alergickej reakcie.“

Vedci ďalej plánujú použiť svoju nanoterapiu na liečbu iných chorôb súvisiacich so žírnymi bunkami, vrátane zriedkavej formy rakoviny žírnych buniek nazývanej ako mastocytóza. Tiež skúmajú nakladanie liekov do nanočastíc, aby selektívne zabíjali žírne bunky v mastocytóze bez poškodenia iných typov buniek. Ich nanoterapia má množstvo aplikácií.

„Najväčšia nenaplnená potreba je v anafylaxii, ktorá môže byť život ohrozujúca,“ povedal Bruce Bochner, spoluautor štúdie. „Určité formy perorálnej imunoterapie môžu byť v niektorých prípadoch užitočné, ale v súčasnosti nemáme žiadne možnosti liečby schválené FDA, ktoré by dôsledne zabraňovali takýmto reakciám okrem vyhýbania sa porušovaniu potravín alebo činidla. V opačnom prípade sa liečba, ako je adrenalín, podáva na liečbu závažných reakcií – nie na prevenciu. Nebolo by skvelé, keby existovala bezpečná a účinná liečba potravinovej alergie, ktorá by neustále umožňovala znovu zaradiť do jedálnička potraviny, ktorým ste sa predtým museli striktne vyhýbať?“

Štúdia bola nedávno publikovaná v magazíne Nature Nanotechnology.