Un trio di chimici dell'Università dell'Indiana Bloomington ha creato un nuovo sensore per rilevare i cambiamenti chimici nelle cellule immunitarie durante la degradazione dei patogeni. Il lavoro potrebbe potenzialmente contribuire alla diagnosi precoce e al trattamento delle malattie infettive, come la tubercolosi, che sfuggono a determinati elementi della risposta immunitaria del corpo.

I risultati sono stati riportati l'8 ottobre in Angewandte Chemie , una delle principali riviste di chimica. Lo studio è stato condotto da Yan Yu, un professore associato nel Dipartimento di Chimica dell'IU Bloomington College of Arts and Sciences.

Le particelle nello studio sono state progettate per comprendere la fagocitosi, il processo mediante il quale le cellule immunitarie assorbono e distruggono i patogeni nel corpo. Durante questo importante processo, gli agenti patogeni vengono inglobati in compartimenti cellulari chiamati fagosomi, che poi "maturano" attraverso una complessa sequenza di reazioni chimiche, uccidere la malattia invadente.

"Molte importanti funzioni cellulari, compresa la fagocitosi, si basano sull'orchestrazione di complesse reazioni chimiche, ma misurare queste diverse reazioni in tempo reale all'interno di una cellula vivente è estremamente impegnativo, " Yu ha detto. "Questo studio mostra che le particelle del tipo progettato nel nostro laboratorio sono ampiamente applicabili alla comprensione di molti tipi di interazioni chimiche complesse nelle cellule viventi".

Le particelle utilizzate nello studio sono chiamate particelle di Janus, chiamato per il dio romano bifronte. Le particelle costruite artificialmente sono così chiamate poiché due lati della stessa particella sono "rivestiti" con diversi sensori chimici. Questi sensori possono agire come rilevatori, o "giornalisti, " per varie sostanze chimiche coinvolte nel processo biologico in esame.

Il laboratorio di Yu ha perfezionato una tecnica per impacchettare questi recettori molto vicini tra loro sulla superficie di una particella di Janus, aumentando notevolmente la loro efficacia come strumento di indagine.

La precedente ricerca di Yu sulle particelle di Janus ha prodotto nuove intuizioni sulla capacità del corpo di resistere alle infezioni fungine, così come un nuovo metodo per attivare le cellule T del corpo, che servono per combattere il cancro, potenziare la terapia immunitaria, combattere l'infezione virale e indurre tolleranza nelle malattie autoimmuni. Quest'ultima opera è oggetto di un deposito di brevetto presso l'U.S. Patent and Trademark Office. Ha anche depositato un brevetto provvisorio sulla scoperta appena riportata.

Nel nuovo studio, Il team di Yu ha progettato una particella Janus i cui due lati sono costituiti da un reporter di pH da 3 micrometri e da un reporter di proteolisi da 500 nanometri. Di conseguenza, i ricercatori sono stati in grado di misurare contemporaneamente due processi chimici coinvolti nella fagocitosi, l'acidificazione e la proteolisi, all'interno di un singolo fagosoma in maturazione in tempo reale. Hanno identificato che i fagosomi richiedono un "lume acido" per attivare gli enzimi che digeriscono i patogeni incapsulati all'interno, un passaggio fondamentale per impedire ai patogeni di riprodursi all'interno delle cellule immunitarie dell'ospite.

Hanno anche dimostrato che il lipopolisaccaride, un composto zuccherino che si trova nelle membrane della parete esterna di molti batteri, può influenzare l'acidificazione e la proteolisi nei fagosomi.

Comprendere questi processi è particolarmente importante nelle infezioni batteriche che eludono la risposta immunitaria del corpo dirottando uno o più eventi nel processo di maturazione del fagosoma, vanificare la funzione protettiva del fagosoma. Queste malattie includono la tubercolosi, che è il principale killer mondiale di malattie infettive, rivendicando circa 1,5 milioni di vite ogni anno.

"Le particelle di Janus create in questo studio fungono da sensore per rilevare questi cambiamenti chimici all'interno delle cellule immunitarie durante la degradazione dei patogeni, " Yu ha detto. "Ma, più in generale, il lavoro mostra la fattibilità delle particelle di Janus come strumento generale per il monitoraggio di più reazioni all'interno di una cellula, oltre a evidenziare il loro potenziale per il rilevamento e la diagnosi di malattie infettive".

Gli altri autori dello studio sono Seonik Lee e Zihan Zhan, entrambi assistenti di ricerca laureati nel laboratorio di Yu alla IU Bloomington.