Järnnanopartiklar som injiceras innan magnetisk resonanstomografi kan göra vävnader mer synliga och samma nanopartiklar kan göra det möjligt för läkare att exakt rikta in sig på tumörer med nya läkemedel. Dock, bland utmaningarna för den praktiska användningen av nanopartiklar i människokroppen är vad forskare kallar bristen på "hemokompatibilitet" - nanopartiklar tenderar att attackeras och rensas av immunsystemet, förnekar deras användbarhet och kan även orsaka biverkningar inklusive chock och blodtrycksförlust. En studie från University of Colorado Cancer Center som nyligen publicerades i tidskriften ACS Nano beskriver en viktig mekanism som immunsystemet använder för att rikta in sig på järnnanopartiklar och för forskarna ett steg närmare att hjälpa nanopartiklar att undvika denna aktivering.

"I grund och botten, vi försökte förstå hur immunsystemet känner igen nanopartiklar, säger Dmitri Simberg, PhD, utredare vid CU Cancer Center och biträdande professor vid Skaggs School of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences, tidningens seniorförfattare.

Simberg och kollegor började med att injicera en version av sockerpolymer dextranbelagda järnnanopartiklar som kallas superparamagnetiska nanomaskar i möss. Som förväntat, musens immunsystem attackerade nanopartiklarna, vilket framgår av "upptag" av många immunceller inklusive lymfocyter, neutrofiler och monocyter.

"Dock, vi såg inte samma immuncellupptag hos möss med en mycket specifik brist, säger Simberg.

En kategori av möss som testades hade konstruerats för att vara oförmögna att tillverka proteiner som är väsentliga för "komplementsystemet" - en av immunsystemets mekanismer för att känna igen patogener i blod. Som att slå en post-it-lapp på en fiendes rygg, kroppen använder dessa cirka 30 proteiner för att märka patogener och främmande material för att förstöras av immunsystemet.

"Möss utan komplementproteiner attackerade och rensade inte nanopartiklar, " säger Simberg. I dessa möss med komplementbrist, superparamagnetiska dextran järnoxid nanomaskar flydde immunförsvaret och kunde fungera som önskat, magnetiskt märka celler på ett sätt som skulle underlätta MRT-avbildning.

"Förutom möss, humana leukocyter med funktionshindrade komplementsystem tog inte upp järnnanopartiklar, "Säger Simberg. Mänskliga blodkroppar som donerats både av friska deltagare och av cancerpatienter intog effektivt nanopartiklar; när blodet behandlades med ett läkemedel som hämmar komplementsystemet, immuncellerna attackerade inte nanopartiklarna.

Tyvärr, Lösningen på de praktiska svårigheterna med nanopartikelanvändning är inte att blockera det mänskliga immunsystemets förmåga att rekrytera komplementsystemet, som är ett väsentligt verktyg i kroppens kamp mot infektioner och sjukdomar. ("Det skulle vara dåligt, säger Simberg.) Istället, Simberg och kollegor fortsatte studielinjen i jakten på sätt att konstruera nanopartiklar för att undvika detta system.

Det finns tre vägar som aktiverar komplementsystemet:Lektin, klassiskt och alternativt. Lektinvägen känner igen specifika konfigurationer av sockermolekyler som är vanliga på ytorna av skadliga mikroorganismer inklusive salmonella och listeria. "Dextran" i superparamagnetiska dextran järnoxid nanomaskar är ett socker som känns igen av lektinvägen, aktiverar komplementsystemet och resulterar i att immunsystemet attackerar dessa partiklar. Dock, Simberg och kollegor visade att genom att inducera tvärbindningar mellan sockermolekyler som täcker dessa nanopartiklar, strukturen var tillräckligt förändrad för att bli osynlig för denna lektinväg.

"När vi använde en kemikalie för att skapa tvärbindningar på nanopartikelytor, vi såg att de var nästan osynliga för musens immunsystem, ", säger Simberg. Denna tvärbindning minskade immunsystemets upptag av nanopartiklar med mer än 70 procent.

Men (till forskarnas förvåning), tekniken hjälpte inte nanopartiklar att undgå det mänskliga immunförsvaret.

"Det visade sig att medan möss mest använder lektinvägen för att aktivera komplementsystemet för att attackera nanomaskar, hos människor är den mest aktiva vägen som angriper nanomaskar den alternativa vägen. Denna alternativa väg luras inte av tvärbindning och så det mänskliga komplementsystemet fortsätter att känna igen och attackera tvärbundna nanopartiklar, säger Simberg.

Dock, bilden är ännu mer komplex än så:Trots komplementaktivering, tvärbindning av nanopartikelytsocker gjorde det fortfarande möjligt för nanopartiklarna att delvis undvika mänskliga immunceller. Om inte komplettera systemundandragande, vad är det med dessa tvärbindningar som hjälpte nanopartiklar att fly?

"Vi har ett papper på gång om just detta, ", säger Simberg. "Vi hoppas kunna lämna in för publicering om några månader."