Ingenjörer vid University of California San Diego har utvecklat neutrofila "nanosvampar" som säkert kan absorbera och neutralisera en mängd olika proteiner som spelar en roll i utvecklingen av reumatoid artrit. Injektioner av dessa nanosvampar behandlade effektivt allvarlig reumatoid artrit i två musmodeller. Att administrera nanosvamparna tidigt förhindrade också att sjukdomen utvecklades.

Verket publiceras 3 september in Naturens nanoteknik .

"Nanosvampar är ett nytt paradigm för behandling för att blockera patologiska molekyler från att utlösa sjukdomar i kroppen, " sa seniorförfattaren Liangfang Zhang, en nanoteknikprofessor vid UC San Diego Jacobs School of Engineering. "Istället för att skapa behandlingar för att blockera några specifika typer av patologiska molekyler, vi utvecklar en plattform som kan blockera ett brett spektrum av dem, och på så sätt kan vi behandla och förebygga sjukdomar mer effektivt och effektivt."

Detta arbete är ett av de senaste exemplen på terapeutiska nanosvampar som utvecklats av Zhangs labb. Zhang, som är knuten till Institute of Engineering in Medicine och Moores Cancer Center vid UC San Diego, och hans team utvecklade tidigare nanosvampar för röda blodkroppar för att bekämpa och förebygga MRSA-infektioner och makrofagnanosvampar för att behandla och hantera sepsis.

De nya nanosvamparna är nanopartiklar av biologiskt nedbrytbar polymer belagda med neutrofilers cellmembran, en typ av vita blodkroppar.

Neutrofiler är bland immunsystemets första svar mot invaderande patogener. De är också kända för att spela en roll i utvecklingen av reumatoid artrit, en kronisk autoimmun sjukdom som orsakar smärtsam inflammation i lederna och i slutändan kan leda till skador på brosk och benvävnad.

När reumatoid artrit utvecklas, celler i lederna producerar inflammatoriska proteiner som kallas cytokiner. Frisättning av cytokiner signalerar neutrofiler att komma in i lederna. Väl där, cytokiner binder till receptorer på neutrofilytorna, aktivera dem för att frigöra fler cytokiner, vilket i sin tur drar fler neutrofiler till lederna och så vidare.

Nanosvamparna kväver i huvudsak denna inflammatoriska kaskad i knoppen. Genom att agera som små neutrofila lockbeten, de fångar upp cytokiner och hindrar dem från att signalera ännu fler neutrofiler till lederna, minska inflammation och ledskador.

Dessa nanosvampar erbjuder ett lovande alternativ till nuvarande behandlingar för reumatoid artrit. Vissa läkemedel mot monoklonala antikroppar, till exempel, har hjälpt patienter att hantera symtom på sjukdomen, men de fungerar genom att endast neutralisera specifika typer av cytokiner. Detta är inte tillräckligt för att behandla sjukdomen, sa Zhang, eftersom det finns så många olika typer av cytokiner och patologiska molekyler inblandade.

"Neutralisering av bara en eller två typer kanske inte är lika effektivt. Så vårt tillvägagångssätt är att ta neutrofila cellmembran, som naturligt har receptorer för att binda alla dessa olika typer av cytokiner, och använda dem för att hantera en hel population av inflammatoriska molekyler, " sa Zhang.

"Denna strategi tar bort behovet av att identifiera specifika cytokiner eller inflammatoriska signaler i processen. Genom att använda hela neutrofila cellmembran, vi stänger av alla dessa inflammatoriska signaler på en gång, " sa första författaren Qiangzhe Zhang, en Ph.D. student i professor Liangfang Zhangs forskargrupp vid UC San Diego.

För att göra de neutrofila nanosvamparna, forskarna utvecklade först en metod för att separera neutrofiler från helblod. De bearbetade sedan cellerna i en lösning som får dem att svälla och brista, lämnar membranen bakom sig. Membranen bröts sedan upp i mycket mindre bitar. Genom att blanda dem med bollformade nanopartiklar gjorda av biologiskt nedbrytbar polymer smälte de neutrofila cellmembranen på nanopartikelytorna.

"En av de stora utmaningarna med detta arbete var att effektivisera hela processen, från att isolera neutrofiler från blod till att ta bort membranen, och göra denna process repeterbar. Vi tillbringade mycket tid på att ta reda på detta och skapade så småningom en konsekvent produktionslinje för neutrofil nanosvamp, " sa Qiangzhe Zhang.

I musmodeller av svår reumatoid artrit, injicering av nanosvampar i inflammerade leder ledde till minskad svullnad och skyddade brosk från ytterligare skador. Nanosvamparna fungerade lika bra som behandlingar där möss fick en hög dos monoklonala antikroppar.

Nanosvamparna fungerade också som en förebyggande behandling när de administrerades innan de inducerade sjukdomen hos en annan grupp möss.

Professor Liangfang Zhang varnar för att behandlingen med nanosvamp inte eliminerar sjukdomen. "Vi kan i princip hantera sjukdomen. Den är inte helt borta. Men svullnaden minskar kraftigt och broskskadorna minimeras, " han sa.

Teamet hoppas att en dag se deras arbete i kliniska prövningar.