Ett team av forskare vid University of California San Diego har utvecklat makrofag "nanosvampar" som säkert kan absorbera och ta bort molekyler från blodomloppet som är kända för att utlösa sepsis. Dessa makrofagnanosvampar, som är nanopartiklar inkapslade i makrofagernas cellmembran, har hittills förbättrat överlevnaden hos möss med sepsis.
Detta arbete är ett exempel på cellmembranets cloaking-teknik som banat väg för Liangfang Zhangs labb, en professor i nanoteknik vid UC San Diego Jacobs School of Engineering. Hans grupp utvecklar nya nanomedicinska terapier genom att maskera nanopartiklar som kroppens egna celler. Tidigare exempel inkluderar nanosvampar för röda blodkroppar för att bekämpa och förhindra MRSA-infektioner; nanopartiklar inkapslade i trombocytcellmembran för att reparera skadade blodkärl; och nanofibrer inkapslade i betacellmembran som kan användas för att hjälpa diabetespatienter att producera mer insulin.
I den aktuella studien, Zhangs labb utvecklade makrofag-nanosvampar som erbjuder en lovande lösning för att effektivt behandla och hantera sepsis. Zhangs labb samarbetade med Victor Nizet, en professor i pediatrik och farmaci vid UC San Diego, vars team hjälpte till att testa makrofagernas nanosvampar in vivo .
Sepsis uppstår när kroppen startar ett okontrollerat immunsvar på en infektion, utlöser utbredd inflammation som kan leda till organsvikt, septisk chock och till och med dödsfall. U.S. Centers for Disease Control and Prevention uppskattar att mer än 1,5 miljoner amerikaner får sepsis och cirka 250, 000 dör av detta tillstånd varje år.
Sepsis behandlas vanligtvis med antibiotika. Men medan antibiotika potentiellt kan eliminera sepsis-orsakande bakterier, de kan inte hålla inflammationen i schack.
Vissa sepsis-orsakande bakterier utsöndrar giftiga molekyler som kallas endotoxiner. Makrofager - vita blodkroppar som spelar en viktig roll vid inflammation - känner igen endotoxiner som farliga. Som svar, makrofager producerar inflammationsorsakande proteiner som kallas pro-inflammatoriska cytokiner, som i sin tur aktiverar andra makrofager för att producera fler cytokiner, sätter igång en farlig dominoeffekt av inflammation i hela kroppen.
"För att effektivt hantera sepsis, du måste hantera denna cytokinstorm, " sa Zhang.
I en tidning publicerad i Proceedings of the National Academy of Sciences , Zhang och ett team av forskare vid UC San Diego visade att makrofagnanosvampar säkert kan neutralisera både endotoxiner och pro-inflammatoriska cytokiner i blodomloppet.
Ett brett utbud av endotoxiner och pro-inflammatoriska cytokiner binder naturligt till makrofagcellmembran, så dessa nanosvampar fungerar som universella fällor för ett brett spektrum av sepsis-orsakande molekyler, Zhang förklarade. "De kan arbeta över olika bakteriesläkten, arter och stammar, " sa han. Och eftersom de är täckta av faktiska makrofagcellmembran, de kan passera som kroppens egna immunceller och cirkulera blodomloppet utan att bli vräkt.
Forskare använde makrofagceller från möss för att göra nanosvamparna. De blötlade cellerna i en lösning som fick cellerna att sprängas, lämnar membranen bakom sig. Membranen samlades upp med hjälp av en centrifug, blandas sedan med bollformade nanopartiklar gjorda av biologiskt nedbrytbar polymer. Blandningssteget täckte spontant nanopartiklarna i makrofagcellmembran.
Teamet administrerade makrofagernas nanosvampar till en grupp möss infekterade med en dödlig dos av E coli . Behandlingen höll fyra av 10 möss i denna grupp vid liv, medan alla möss i den obehandlade gruppen dog. En dos av makrofagnanosvamparna minskade signifikant nivåerna av endotoxiner och pro-inflammatoriska cytokiner i de behandlade mössen. Detta förhindrade systemisk inflammation och minskade även bakterieantalet i blodet och mjälten hos dessa möss.
Zhang arbetar med biofarmaceutiska företag för att översätta makrofagernas nanosvampar till klinisk användning. Nästa steg inkluderar att tillverka nanosvamparna i stor skala och genomföra stora djurförsök.
