COVID-19-pandemin lyfte fram den förödande effekten av akut lunginflammation (ALI), som är en del av det akuta andnödsyndromet (ARDS) som är den dominerande dödsorsaken i COVID-19. En potentiell ny väg till diagnos och behandling av ARDS kommer från att studera hur neutrofiler – de vita blodkropparna som ansvarar för att upptäcka och eliminera skadliga partiklar i kroppen – differentierar vilka material som ska tas upp av materialets ytstruktur och gynnar upptag av partiklar som uppvisar "proteinklumpning", enligt ny forskning från Perelman School of Medicine vid University of Pennsylvania. Resultaten publiceras i Nature Nanotechnology .

Forskare undersökte hur neutrofiler kan skilja mellan bakterier som ska förstöras och andra föreningar i blodomloppet, såsom kolesterolpartiklar. De testade ett bibliotek bestående av 23 olika proteinbaserade nanopartiklar i möss med ALI som avslöjade en uppsättning "regler" som förutsäger upptag av neutrofiler. Neutrofiler tar inte upp symmetriska, stela partiklar, som virus, men de tar upp partiklar som uppvisar "proteinklumpning", som forskarna kallar nanopartiklar med agglutinerat protein (NAP).

"Vi vill använda den befintliga funktionen hos neutrofiler som identifierar och eliminerar inkräktare för att informera om hur man designar en "trojansk häst" nanopartikel som överaktiva neutrofiler kommer att ta in och leverera behandling för att lindra ALI och ARDS, säger studiens huvudförfattare Jacob Myerson, Ph. D., en postdoktor vid institutionen för systemfarmakologi och translationell terapi. "För att bygga detta "trojanska häst" leveranssystem, var vi dock tvungna att bestämma hur neutrofiler identifierar vilka partiklar i blodet som ska ta upp."

ALI och ARDS är livshotande former av andningssvikt med hög sjuklighet och dödlighet. Före COVID-19 fanns det 190 000 årliga fall av ARDS i USA och 75 000 dödsfall, där ARDS orsakades av lunginflammation, sepsis och trauma. Covid har dock ökat ARDS-fall till miljoner. När ALI eller ARDS inträffar, rekryterar lungans luftsäckar neutrofiler till lungorna för att eliminera cirkulerande mikrober. Denna process gör att neutrofiler frisätter föreningar som ytterligare förvärrar lungskador och skadar luftsäckarna, så att patienter utvecklar låga syrenivåer i blodet. Tyvärr, trots svårighetsgraden av ALI/ARDS, finns det inget effektivt läkemedel för att kontrollera det, och behandlingen fokuserar för närvarande på att stödja patienter medan lungorna naturligt, men långsamt, läker.

För att ta itu med ARDS och andra medicinska problem har forskare vid Penn och på andra håll använt nanopartiklar för att koncentrera läkemedel i skadade eller sjuka organ. Sådana nanopartiklar används också för genterapi och immunterapi.

Forskarna noterar att även om utvecklingen av livskraftiga terapier för ALI/ARDS som använder nanopartiklar för att leverera behandlingar via neutrofiler är långt borta, representerar denna forskning ett viktigt steg för att förstå tillståndet och funktionen hos immunsystemet.

"Nu när vi har bestämt att neutrofiler patrullerar efter nanopartiklar med agglutinerat protein, är vårt nästa steg att förstå hur och varför andra mikrober, som virus, som är stela och symmetriska, utvecklades för att undvika neutrofiler", säger seniorförfattaren Jacob Brenner, MD. Ph.D., docent i lungmedicin vid avdelningen för lung-, allergi- och kritisk vård. "Med denna kunskap kan vi fortsätta att använda denna unika kombination av materialvetenskap och ingenjörskonst, för att skapa sjukdomsspecifika terapier som riktar sig mot mer avancerade och komplicerade patologier." + Utforska vidare

Blockera hyperinflammatorisk respons genom att återanvända ett cancerläkemedel