I labbet, läkare kan fästa kemoterapi till nanopartiklar som riktar sig mot tumörer, och kan använda nanopartiklar för att förbättra avbildning med MR, PET- och CT -skanningar. Tyvärr, nanopartiklar ser mycket ut som patogener - att introducera nanopartiklar till människokroppen kan leda till immunsystemaktivering där, i bästa fall, nanopartiklar rensas innan de uppnår sitt syfte, och i värsta fall uppkomsten av farlig allergisk reaktion. Ett papper från University of Colorado Cancer Center publicerat idag i tidskriften Naturnanoteknik beskriver hur immunsystemet känner igen nanopartiklar, möjligen banar väg för att motverka eller undvika denna upptäckt.

Specifikt, studien arbetade med dextranbelagda nanopartiklar av järnoxid, en lovande och mångsidig klass av partiklar som används som läkemedelsleveransfordon och MR-kontrastförstärkare i många studier. Som namnet antyder, partiklarna är små fläckar av järnoxid som är täckta med sockerkedjor.

"Vi använde flera sofistikerade mikroskopimetoder för att förstå att partiklarna i princip ser ut som larver, "säger Dmitri Simberg, Doktorsexamen, utredare vid CU Cancer Center och biträdande professor vid Skaggs School of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences, tidningens författare.

Jämförelsen är slående:järnoxidpartikeln är larvens kropp, som omges av fina hårstrån av dextran.

Om Simbergs dextranbelagda järnoxid-nanopartiklar är larver, då är immunsystemet en fet kråka som skulle äta dem - det vill säga om den kan hitta dem. Faktiskt, immunsystemet har utvecklats för just detta ändamål - att hitta och "äta" främmande partiklar - och snarare än att en homogen enhet faktiskt består av en handfull sammanhängande system, var och en specialiserad för att motverka en specifik form av invaderande partikel.

Simbergs tidigare arbete visar att det är immunsubkomponenten som kallas komplementsystemet som mest utmanar nanopartiklar. I grund och botten, komplementsystemet är en grupp på drygt 30 proteiner som cirkulerar genom blodet och fäster sig vid invaderande partiklar och patogener. I människor, komplementsystemaktivering kräver att tre proteiner samlas på en partikel -C3b, Bb och properdin - som bildar ett stabilt komplex som kallas C3 -konvertas.

"Hela komplementets systemaktivering börjar med montering av C3-konvertas, "Simberg säger." I den här artikeln, vi ställer frågan om hur komplementproteinerna faktiskt känner igen nanopartikelytan. Hur utlöses hela denna reaktion? "

Först, det var klart att dextranbeläggningen som skulle skydda nanopartiklarna från attacker av mänskligt komplement inte gjorde sitt jobb. Simberg och kollegor kunde se komplementproteiner bokstavligen invadera barriären för dextranhår.

"Bilder av elektronmikroskopi visar att protein kommer in i partikeln för att röra järnoxidkärnan, "Säger Simberg.

Faktiskt, så länge som nanopartikelbeläggningen tillät nanopartikeln att absorbera proteiner från blod, C3 -konvertaset monterades och aktiverades på dessa proteiner. Beläggningens sammansättning var irrelevant - om något blodprotein kunde binda till nanopartiklar, det ledde alltid till komplementaktivering. Dessutom, Simberg och kollegor visade också att komplementsystemaktivering är en dynamisk och pågående process - blodproteiner och C3 -konvertas dissocierar ständigt från nanopartiklar, och nya proteiner och C3 -konvertaser binder till partiklarna, fortsätter kaskaden av immunsystemets aktivering. Gruppen visade också att denna dynamiska sammansättning av komplementproteiner förekommer inte bara i provrören utan även i levande organismer när partiklar cirkulerar i blod.

Simberg föreslår att arbetet pekar på utmaningar och tre möjliga strategier för att undvika kompletterande systemaktivering av nanopartiklar:"Först, vi kan försöka ändra nanopartikelbeläggningen så att den inte kan absorbera proteiner, vilket är en svår uppgift; andra, vi kunde bättre förstå sammansättningen av proteiner absorberade från blod på partikelytan som gör det möjligt att binda komplementproteiner; och för det tredje, det finns naturliga hämmare av komplementaktivering - till exempel blodfaktor H - men i samband med nanopartiklar, det är inte tillräckligt starkt för att stoppa komplementaktiveringen. Kanske kan vi få nanopartiklar att locka till mer faktor H för att minska denna aktivering. "

Vid en punkt, begreppet nanomedicin verkade som om det skulle vara enkelt - ingenjörer och kemister skulle göra en nanopartikel med affinitet för tumörvävnad och sedan fästa en läkemedelsmolekyl till den. Eller så skulle de injicera nanopartiklar i patienter som skulle förbättra upplösningen av diagnostisk bildbehandling. När verkligheten i samband med användningen av nanopartiklar i det mänskliga immunsystemets landskap visade sig vara mer utmanande, många forskare insåg behovet av att gå tillbaka från möjlig klinisk användning för att bättre förstå mekanismerna som utmanar användning av nanopartiklar.

"Denna grundläggande grund är absolut nödvändig, "säger Seyed Moein Moghimi, Doktorsexamen, nanotekniker vid Durham University, STORBRITANNIEN, och medförfattare till Simberg -tidningen. "Det är viktigt att vi lär oss att kontrollera processen för immunigenkänning så att vi kan överbrygga mellan löftet som nanopartiklar visar i laboratoriet och deras användning med riktiga patienter i den verkliga världen."