Kredit:CC0 Public Domain
Sepsis, kroppens överreaktion på en infektion, drabbar mer än 1,5 miljoner människor och dödar minst 270 000 varje år bara i USA. Standardbehandlingen av antibiotika och vätskor är inte effektiv för många patienter, och de som överlever löper en högre risk att dö.
I ny forskning publicerad i tidskriften Nature Nanotechnology idag rapporterade labbet av Shaoqin "Sarah" Gong, professor vid Wisconsin Institute for Discovery vid University of Wisconsin–Madison, en ny nanopartikelbaserad behandling som ger antiinflammatoriska molekyler och antibiotika.
Det nya systemet räddade livet på möss med en inducerad version av sepsis avsedd att fungera som en modell för mänskliga infektioner, och är ett lovande proof-of-concept för en potentiell ny terapi, i väntan på ytterligare forskning.
De nya nanopartiklarna levererade kemikalien NAD + eller dess reducerade form NAD(H), en molekyl som har en väsentlig roll i de biologiska processer som genererar energi, bevarar genetiskt material och hjälper celler att anpassa sig till och övervinna stress. Även om NAD(H) är välkänt för sin antiinflammatoriska funktion, har klinisk tillämpning hindrats eftersom NAD(H) inte kan tas upp av celler direkt.
"För att möjliggöra klinisk översättning måste vi hitta ett sätt att effektivt leverera NAD(H) till målorganen eller cellerna. För att uppnå detta mål designade vi ett par nanopartiklar som direkt kan transportera och släppa NAD(H) in i cellen , samtidigt som man förhindrar för tidig frisättning och nedbrytning av läkemedel i blodomloppet", säger Gong, som också har uppdrag vid Institutionen för biomedicinsk teknik och UW School of Medicine and Public Healths Department of Ophthalmology and Visual Sciences.
Det tvärvetenskapliga arbetet leddes av Gong tillsammans med Mingzhou Ye och Yi Zhao, två postdoktorer i Gong-labbet. John-Demian Sauer, professor vid institutionen för medicinsk mikrobiologi och immunologi, samarbetade också i projektet.
Sepsis kan vara dödligt i två faser. Först börjar en infektion i kroppen. Immunsystemet svarar genom att skapa drastisk inflammation som försämrar blodflödet och bildar blodproppar, vilket kan orsaka vävnadsdöd och utlösa en kedjereaktion som leder till organsvikt. Efteråt överkorrigerar kroppen sig själv genom att undertrycka immunförsvaret, vilket i sin tur ökar infektionskänsligheten. Att kontrollera komplikationer orsakade av inflammation är avgörande vid sepsisbehandling.
De lipidbelagda kalciumfosfat- eller metallorganiska ramverksnanopartiklarna designade av Gong-labbet kan användas för att samtidigt leverera NAD(H) och antibiotika. Gongs labb testade de NAD(H)-laddade nanopartiklarna i flera musmodeller inklusive endotoxemi, multiresistent patogeninducerad polymikrobiell bakteriemi, såväl som en punkteringsinducerad sepsismodell med sekundär infektion av en vanlig sjukdomsframkallande bakterie som kallas P. aeruginosa .
Nanopartikelbehandlingen fungerade mycket bättre än att använda enbart NAD(H). Till exempel, i en endotoxemi-musmodell dog möss utan någon behandling eller behandlade med fri NAD(H) inom två dagar. Däremot överlevde alla möss som behandlats med NAD(H)-laddade nanopartiklar. Dessa djurstudier visade att NAD(H)-nanopartiklarna kan hjälpa till att upprätthålla ett sunt immunsystem, stödja blodkärlsfunktion och förhindra multiorganskada.
Den här tekniken kan bana väg för utvecklingen av en ny klinisk behandling för sepsis som även skulle kunna användas i andra inflammationsrelaterade scenarier, såsom COVID-19-behandling. En ytterligare fördel med denna terapi är förmågan att behandla infektioner med lägre mängder antibiotika, vilket minskar deras överanvändning. Ytterligare forskning i större djurmodeller kommer att vara nödvändig innan kliniska prövningar på människor kan påbörjas.
"NAD(H)-nanopartiklarna har potential att behandla många andra sjukdomar eftersom NAD(H) är involverad i så många biologiska vägar. Det finns starka bevis för användningen av NAD(H) som en intervention eller hjälp vid kritiska sjukdomar." säger Gong. + Utforska vidare
