Läkare skulle vilja använda alla typer av nanopartiklar i kroppen, till exempel för att konstruera detaljerade bilder av anatomi och sjukdomar, och att leverera cancerbekämpande läkemedel djupt inne i tumörvävnaden. Dock, miljoner år av evolution har utrustat kroppen för att identifiera och avvisa främmande partiklar, även nanopartiklar. Och så en stor utmaning i användningen av nanomedicin har varit immunsystemets olyckliga effektivitet när det gäller att svara på vad det ser som infektion, i bästa fall rensa nanopartiklar innan de kan uppnå sina mål, och i värsta fall, leder till farlig immunöverreaktion som skapar biverkningar och allvarliga risker.

En studie från University of Colorado Cancer Center publicerad idag i tidskriften Naturens nanoteknik beskriver ett viktigt steg i aktiveringen av immunförsvaret mot nanopartiklar. Fyndet kan göra det möjligt för forskare och så småningom läkare att dölja nanopartiklar mot immunsystemet, tillåta dessa partiklar att utföra sin terapeutiska verksamhet.

Tidigare, labbet för CU Cancer Center-utredaren Dmitri Simberg, Ph.D., har visat att blodproteiner (kallas gemensamt protein corona) täcker nanopartiklar, markerar dem för immunförsvarsangrepp. Särskilt, Simberg-labbet visade att en av de viktigaste komponenterna i immunsystemet, nämligen komplementsystemet, kan inte attackera nanopartiklar om de inte är belagda med proteinkorona. Nu visar Simberg-labbet ytterligare ett steg i denna process:Naturliga antikroppar i proteinet corona är ansvariga för komplementsystemets förmåga att känna igen och attackera nanopartiklar.

"I grund och botten, vi fann att C3-avsättning på nanopartiklar (och därmed immunsystemets aktivering mot nanopartiklar) verkligen beror på naturliga antikroppar i varje persons blod, säger Simberg, som också är docent vid Skaggs School of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences. "Vi kan ta bort dessa antikroppar och det finns väldigt lite aktivering av komplementsystemet. Sedan kan vi lägga tillbaka dessa antikroppar och det blir aktivering.

Studien, som gjordes i samarbete med Moein Moghimi, Ph.D., Professor vid Newcastle University i Storbritannien, tittat på förmågan hos ett utbrett komplementsystemprotein, känd som C3, att hitta och attackera allmänt använda nanopartikelbaserade anticancerläkemedel LipoDox och Onivyde, (samt det nanopartikelbaserade järnoxidtillskottet Feraheme). När Simberg och kollegor utarmade antikroppar kända som immunglobuliner från blod från friska donatorer och cancerpatienter, förmågan för C3 att hitta och markera dessa nanopartiklar minskade med 70-95 procent. När teamet återställde immunglobuliner, de såg återigen C3-uppbyggnad på dessa nanoläkemedel.

"Vårt immunologiska minne består av antikroppar som hjälper oss att känna igen patogener som vi kan ha stött på för länge sedan. Varje person har en uppsättning naturliga antikroppar som känner igen nanopartiklar. Den individuella reaktiviteten hos en person mot en specifik typ av nanopartiklar beror på vissa hur mycket av dessa antikroppar en person har. Det finns variation – en person kan ha fler antikroppar som känner igen en viss typ av nanopartikel, medan en annan person har olika antikroppar som känner igen en annan typ av nanopartikel, säger Simberg.

"Det som är riktigt spännande är att alla dessa antikroppar inte verkar binda till nakna nanopartiklar. Partikeln måste beläggas med en proteinkorona – bindning av dessa antikroppar är mycket effektivare när du har dessa andra proteiner som fäster vid nanopartiklarna först, säger Simberg.

Fortsatt arbete hoppas kunna upptäcka ursprunget och källan till antikroppar som känner igen nanopartiklar, ger en tydligare bild av varför vissa människor visar immunförsvar som reaktion på nanopartikelbaserade läkemedel. Genom att förstå hur antikroppar känner igen nanopartiklar, Simberg och hans team hoppas kunna utveckla sätt att selektivt blockera denna åtgärd, leder till mer effekt och mindre biverkning av nanoläkemedel.