Ingegneri dell'Università della California, San Diego ha inventato una "nanospugna" in grado di rimuovere in sicurezza un'ampia classe di tossine pericolose dal flusso sanguigno, comprese le tossine prodotte da MRSA, E. coli , serpenti velenosi e api. Queste nanospugne, che finora sono stati studiati nei topi, può neutralizzare "le tossine che formano i pori, " che distruggono le cellule perforando le loro membrane cellulari. A differenza di altre piattaforme anti-tossine che devono essere sintetizzate su misura per il singolo tipo di tossina, le nanospugne possono assorbire diverse tossine che formano pori indipendentemente dalle loro strutture molecolari. In uno studio contro la tossina alfa-emolisina da MRSA, la pre-inoculazione con nanospugne ha consentito all'89 per cento dei topi di sopravvivere a dosi letali.

La somministrazione di nanospugne dopo la dose letale ha portato al 44% di sopravvivenza.

Il gruppo, guidato da nanoingegneri presso la UC San Diego Jacobs School of Engineering, pubblicato i risultati in Nanotecnologia della natura 14 aprile.

"Questo è un nuovo modo per rimuovere le tossine dal flusso sanguigno, " disse Liangfang Zhang, un professore di nanoingegneria presso la UC San Diego Jacobs School of Engineering e l'autore senior dello studio. "Invece di creare trattamenti specifici per le singole tossine, stiamo sviluppando una piattaforma in grado di neutralizzare le tossine causate da un'ampia gamma di agenti patogeni, inclusi MRSA e altri batteri resistenti agli antibiotici, " ha detto Zhang. Il lavoro potrebbe anche portare a terapie non specifiche per specie per morsi di serpenti velenosi e punture di api, il che renderebbe più probabile che gli operatori sanitari o le persone a rischio dispongano di trattamenti salvavita disponibili quando ne hanno più bisogno.

I ricercatori mirano a tradurre questo lavoro in terapie approvate. "Una delle prime applicazioni a cui miriamo sarebbe un trattamento antivirulenza per l'MRSA. Ecco perché abbiamo studiato una delle tossine più virulente dell'MRSA nei nostri esperimenti, " disse "Jack" Che-Ming Hu, il primo autore sulla carta. Hu, ora ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Zhang, ha conseguito il dottorato di ricerca. in bioingegneria presso l'UC San Diego nel 2011.

Gli aspetti di questo lavoro saranno presentati il ​​18 aprile al Research Expo, l'evento annuale di ricerca e networking per studenti laureati della UC San Diego Jacobs School of Engineering.

Nanospugne come esche

Al fine di eludere il sistema immunitario e rimanere in circolazione nel flusso sanguigno, le nanospugne sono avvolte nelle membrane dei globuli rossi. Questa tecnologia di occultamento dei globuli rossi è stata sviluppata nel laboratorio di Liangfang Zhang presso l'UC San Diego. I ricercatori hanno precedentemente dimostrato che le nanoparticelle travestite da globuli rossi potrebbero essere utilizzate per somministrare farmaci antitumorali direttamente a un tumore. Zhang ha anche un appuntamento di facoltà presso l'UC San Diego Moores Cancer Center.

I globuli rossi sono uno degli obiettivi primari delle tossine che formano i pori. Quando un gruppo di tossine perfora la stessa cellula, formare un poro, gli ioni incontrollati entrano e la cellula muore.

Le nanospugne sembrano globuli rossi, e quindi servono come esche per i globuli rossi che raccolgono le tossine. Le nanospugne assorbono le tossine dannose e le allontanano dai loro bersagli cellulari. Le nanospugne hanno avuto un'emivita di 40 ore negli esperimenti dei ricercatori sui topi. Alla fine il fegato ha metabolizzato in modo sicuro sia le nanospugne che le tossine sequestrate, con il fegato che non subisce danni visibili.

Ogni nanospugna ha un diametro di circa 85 nanometri ed è costituita da un nucleo polimerico biocompatibile avvolto in segmenti di membrane di globuli rossi.

Il team di Zhang separa i globuli rossi da un piccolo campione di sangue usando una centrifuga e poi mette le cellule in una soluzione che le fa gonfiare e scoppiare, rilasciando emoglobina e lasciando dietro di sé la pelle dei globuli rossi. Le pelli vengono quindi mescolate con le nanoparticelle a forma di palla fino a quando non sono ricoperte da una membrana di globuli rossi.

Solo una membrana di globuli rossi può produrre migliaia di nanospugne, che sono 3, 000 volte più piccolo di un globulo rosso. Con una singola dose, questo esercito di nanospugne inonda il flusso sanguigno, superando in numero i globuli rossi e intercettando le tossine.

Sulla base di esperimenti in provetta, il numero di tossine che ogni nanospugna poteva assorbire dipendeva dalla tossina. Per esempio, circa 85 tossina alfa-emolisina prodotta da MRSA, 30 stretpolisin-O tossine e 850 monomeri di melittina, che fanno parte del veleno d'api.

Nei topi, la somministrazione simultanea di nanospugne e tossina alfa-emolisina a un rapporto tossina-nanospugna di 70:1 ha neutralizzato le tossine e non ha causato danni visibili.

Un passo successivo, dicono i ricercatori, è quello di proseguire gli studi clinici.