Istraživači sa Univerziteta Northvestern razvili su prvu selektivnu terapiju za sprečavanje alergijskih reakcija, koje mogu biti u rasponu od svraba i suznih očiju do problema sa disanjem, pa čak i smrti.
Da bi razvili novu terapiju, istraživači su ukrasili nanočestice antitelima sposobnim da isključe specifične imune ćelije (zvane mastociti) odgovorne za alergijske reakcije. Nanočestica takođe nosi alergen koji odgovara specifičnoj alergiji pacijenta. Ako je osoba alergična na kikiriki, na primer, onda nanočestica nosi protein kikirikija.
U ovom pristupu u dva koraka, alergen angažuje precizne mastocite odgovorne za specifičnu alergiju, a zatim antitela zatvaraju samo te ćelije. Ovaj visoko ciljani pristup omogućava terapiji da selektivno spreči specifične alergije bez supresije celog imunog sistema.
U studiji na miševima, terapija je pokazala 100% uspeh u sprečavanju alergijskih odgovora bez izazivanja primetnih neželjenih efekata.
Istraživanje je objavljeno danas (16. januara) u časopisu Nature Nanotechnology. To je prva nanoterapija za inhibiciju mastocita, čime se sprečava alergijski odgovor na određeni alergen.
„Trenutno ne postoje dostupne metode za specifično ciljanje mastocita“, rekao je Evan A. Scott iz Northvesterna, koji je vodio studiju. „Sve što imamo su lekovi poput antihistaminika za lečenje simptoma, a oni ne sprečavaju alergije. Oni se suprotstavljaju efektima histamina nakon što su mastociti već aktivirani.
„Ako bismo imali način da inaktiviramo mastocite koje reaguju na specifične alergene, onda bismo mogli da zaustavimo opasne imune odgovore u teškim situacijama kao što je anafilaksa, kao i manje ozbiljne reakcije kao što su sezonske alergije.
„Najveća nezadovoljena potreba je u anafilaksiji, koja može biti opasna po život“, rekao je dr Brus Bohner sa Northvesterna, stručnjak za alergije i koautor studije. „Određeni oblici oralne imunoterapije mogu biti od pomoći u nekim slučajevima, ali trenutno nemamo nijednu opciju lečenja koju je odobrila FDA koja dosledno sprečava takve reakcije osim izbegavanja štetne hrane ili agensa. U suprotnom, tretmani poput epinefrina se daju za lečenje teških reakcije – ne sprečavaju ih.
„Zar ne bi bilo sjajno kada bi postojao bezbedan i efikasan tretman za alergiju na hranu koji je dosledno omogućavao ponovno uvođenje hrane u ishranu koju ste morali striktno da izbegavate?“
Skot je profesor biomedicinskog inženjeringa Kej Dejvis na Školi inženjeringa McCormick u Northvesternu i član Instituta Simpson Kuerrei za bionanotehnologiju i Međunarodnog instituta za nanotehnologiju. Bohner je emeritus Semjuela M. Fajnberga, profesor medicine (alergija i imunologija) na Medicinskom fakultetu Univerziteta Nortvestern Fajnberg.
Prvi autor rada je Fanfan Du, postdoktorski saradnik u Skotovoj laboratoriji, koji je blisko sarađivao sa prvim autorima Claitonom Rischeom, dr. kandidata zajedno sa Bohnerom i Skotom, i Jang Li, dr. kandidat u Skot laboratoriji.
Smeštene u skoro svim tkivima u ljudskom telu, mastociti su najpoznatiji po tome što su prvenstveno odgovorni za alergijske reakcije. Ali oni takođe igraju nekoliko drugih važnih uloga, uključujući regulaciju protoka krvi i borbu protiv parazita. Stoga, potpuno eliminisanje mastocita radi sprečavanja alergijskih reakcija može biti štetno za druge korisne, zdrave odgovore.
„Iako su neki lekovi u razvoju, trenutno ne postoje lekovi odobreni od strane FDA koji inhibiraju ili eliminišu mastocite“, rekao je Bohner. „Ovo je bilo teško uglavnom zato što lekovi koji mogu uticati na aktivaciju ili preživljavanje mastocita takođe ciljaju ćelije osim mastocita, i stoga imaju tendenciju da imaju neželjene nuspojave zbog uticaja na druge ćelije.“
U prethodnom radu, Bohner je identifikovao Siglec-6, jedinstveni inhibitorni receptor koji se visoko i selektivno nalazi na mastocitima. Ako bi istraživači mogli da ciljaju taj receptor antitelom, onda bi mogli selektivno inhibirati mastocite kako bi sprečili alergiju. Ali uvođenje ovog antitela samo po sebi nije uspelo.
„Bilo je teško dobiti dovoljno visoku koncentraciju antitela da ima efekta“, rekao je Skot. „Pitali smo se da li bismo mogli da povećamo ovu koncentraciju pomoću nanočestice. Ako bismo mogli da spakujemo visoku gustinu antitela na nanočesticu, onda bismo mogli da je učinimo praktičnim za upotrebu.“
Da bi spakovali antitela na nanočesticu, Skot i njegov tim morali su da prevaziđu još jedan izazov. Da bi se proteini (poput antitela) zalepili za nanočesticu, oni obično moraju da formiraju hemijsku vezu koja razvija (ili denaturira) protein, utičući na njegovu biološku aktivnost. Da bi zaobišao ovaj izazov, Skot se okrenuo nanočestici koja je prethodno razvijena u njegovoj laboratoriji.
Za razliku od standardnijih nanočestica koje imaju stabilne površine, Skotova novorazvijena nanočestica sadrži dinamičke polimerne lance, koji mogu nezavisno da promene svoju orijentaciju nakon izlaganja različitim rastvaračima i proteinima. Kada se stave u tečne rastvore, lanci se orijentišu kako bi postigli povoljne elektrostatičke interakcije sa molekulima vode.
Ali kada protein dodirne površinu nanočestica, specifični sićušni polimerni lanci na interfejsu menjaju svoju orijentaciju da bi se stabilno zadržali na proteinu bez kovalentnog vezivanja za njega. Skotov tim je takođe otkrio da su vodoodbojni džepovi na površini proteina ključni za stabilnu interakciju.
Kada se vezuju za površine, proteini obično denaturiraju, gubeći svoju bioaktivnost. Jedinstveni aspekt Skotovih nanočestica je to što one mogu stabilno da vezuju enzime i antitela dok zadržavaju svoju 3D strukturu i biološke funkcije. To znači da su anti-Siglec-6 antitela zadržala svoj jak afinitet za receptore mastocita – čak i kada su pričvršćena za površine nanočestica.
„Ovo je jedinstveno dinamična površina“, rekao je Skot. „Umesto standardne stabilne površine, on može da promeni svoju površinsku hemiju. Napravljen je od sićušnih polimernih lanaca jedinjenja, koji mogu da preokrenu svoju orijentaciju kako bi maksimizirali povoljne interakcije i sa vodom i sa proteinima po potrebi.“
Kada je Skotov tim pomešao nanočestice sa antitelima, blizu 100% antitela se uspešno vezalo za nanočestice bez gubitka sposobnosti da se vežu za svoje specifične mete. Ovo je rezultiralo terapijom zasnovanom na nanočesticama koja koristi površine sa gusto zbijenim i visoko kontrolisanim količinama više različitih antitela za ciljane mastocite.
Da bi neko postao alergičan, njegovi mastociti hvataju i prikazuju antitela, posebno antitela imunoglobulina E (IgE), za taj specifični alergen. Ovo omogućava mastocitima da prepoznaju – i reaguju na – isti alergen nakon ponovnog izlaganja.
„Ako imate alergiju na kikiriki i u prošlosti ste imali odgovor na kikiriki, onda su vaše imune ćelije napravile IgE antitela protiv proteina kikirikija, a mastociti su ih sakupljali“, rekao je Skot. „Sada čekaju da pojedete još jedan kikiriki. Kada to uradite, mogu da odgovore u roku od nekoliko minuta, a ako je odgovor dovoljno jak, to može dovesti do anafilaksije.“
Da bi selektivno ciljali mastociti kako bi odgovorili na određeni alergen, istraživači su dizajnirali svoju terapiju tako da angažuju samo mastocite koje nose IgE antitela za taj alergen. Nanočestica koristi proteinski alergen da se angažuje sa IgE antitelima na mastocitima, a zatim koristi antitelo za angažovanje receptora Siglec-6 da bi se isključila sposobnost mastocita da reaguje. I pošto samo mastociti prikazuju receptore Siglec-6, nanočestica se ne može vezati za druge tipove ćelija – strategija koja efikasno ograničava neželjene efekte.
„Možete da koristite bilo koji alergen koji želite i selektivno ćete isključiti odgovor na taj alergen“, rekao je Skot. „Alergen bi normalno aktivirao mastocit. Ali u isto vreme alergen se vezuje, antitelo na nanočestici takođe angažuje inhibitorni receptor Siglec-6. Imajući u vidu ova dva kontradiktorna signala, mastocit odlučuje da ne bi trebalo da se aktivira i treba da ostavi taj alergen na miru. On selektivno zaustavlja odgovor na određeni alergen. Lepota ovog pristupa je u tome što ne zahteva ubijanje ili eliminisanje svih mastocita. I, sa stanovišta bezbednosti, ako se nanočestica slučajno zakači za pogrešnu tipa ćelije, ta ćelija jednostavno neće reagovati.“
Nakon što su pokazali uspeh u ćelijskim kulturama koje koriste mastocite dobijene iz ljudskog tkiva, istraživači su premestili svoju terapiju u humanizovani model miša. Pošto mastociti kod miševa nemaju receptor Siglec-6, Bohnerov tim je razvio model miša sa ljudskim mastocitom u njihovim tkivima. Istraživači su miševe izložili alergenu i istovremeno isporučili nanoterapiju.
Nijedan mišev nije doživeo anafilaktički šok i svi su preživeli.
„Najjednostavniji način za praćenje alergijskog odgovora je praćenje promena telesne temperature“, rekao je Skot. „Nismo videli promene u temperaturi. Nije bilo odgovora. Takođe, miševi su ostali zdravi i nisu pokazivali nikakve spoljašnje znake alergijske reakcije.“
„Mastociti miša nemaju Siglec-6 na svojoj površini kao kod ljudi, ali smo se za sada što smo mogli približili stvarnim studijama na ljudima testiranjem ovih nanočestica na specijalnim miševima koji su imali ljudske mastocite u svojim tkivima“, rekao je Bohner. . „Uspeli smo da pokažemo da su ovi humanizovani miševi zaštićeni od anafilakse.“
Zatim, istraživači planiraju da istraže svoju nanoterapiju za lečenje drugih bolesti povezanih sa mastocitom, uključujući mastocitozu, redak oblik raka mastocita. Oni takođe istražuju pristupe učitavanju lekova unutar nanočestica da bi selektivno ubili mastocite u mastocitozi bez povrede drugih tipova ćelija.
