I nanoingegneri dell'Università della California a San Diego hanno sviluppato nanoparticelle che imitano le cellule immunitarie che colpiscono l'infiammazione nei polmoni e forniscono farmaci direttamente dove sono necessari. Come prova del concetto, i ricercatori hanno riempito le nanoparticelle con il farmaco desametasone e le hanno somministrate a topi con tessuto polmonare infiammato. L'infiammazione è stata completamente trattata nei topi date le nanoparticelle, a una concentrazione di farmaco in cui i metodi di somministrazione standard non hanno avuto alcuna efficacia.

I ricercatori hanno riportato i loro risultati in Progressi scientifici il 16 giugno.

La particolarità di queste nanoparticelle è che sono rivestite in una membrana cellulare che è stata geneticamente modificata per cercare e legarsi alle cellule polmonari infiammate. Sono le ultime nella linea delle cosiddette nanoparticelle rivestite di membrana cellulare che sono state sviluppate dal laboratorio del professore di nanoingegneria della UC San Diego, Liangfang Zhang. Il suo laboratorio ha precedentemente utilizzato nanoparticelle rivestite di membrana cellulare per assorbire le tossine prodotte da MRSA; trattare la sepsi; e addestrare il sistema immunitario a combattere il cancro. Ma mentre queste precedenti membrane cellulari erano derivate naturalmente dalle cellule del corpo, le membrane cellulari utilizzate per rivestire questa nanoparticella piena di desametasone non lo erano.

"In questo documento, abbiamo utilizzato un approccio di ingegneria genetica per modificare le proteine ​​di superficie sulle cellule prima di raccogliere le membrane. Ciò ha notevolmente avanzato la nostra tecnologia consentendoci di sovraesprimere con precisione determinate proteine ​​​​funzionali sulle membrane o di eliminare alcune proteine ​​​​indesiderabili, "disse Zhang, che è un autore senior del documento.

Parco Joon Ho, uno studente laureato nel laboratorio di Zhang e primo autore dell'articolo, hanno detto che i ricercatori hanno notato che quando le cellule endoteliali si infiammano, sovraesprimono una proteina chiamata VCAM1, il cui scopo è attirare le cellule immunitarie nel sito dell'infiammazione. In risposta, le cellule immunitarie esprimono una proteina chiamata VLA4, che cerca e si lega a VCAM1.

"Abbiamo progettato membrane cellulari per esprimere sempre la versione completa di VLA4, " ha detto Park. "Queste membrane sovraesprimono costantemente VLA4 per cercare VCAM1 e il sito dell'infiammazione. Queste membrane cellulari ingegnerizzate consentono alla nanoparticella di trovare i siti infiammati, e poi rilascia il farmaco che si trova all'interno della nanoparticella per trattare l'area specifica dell'infiammazione".

Sebbene la nanoparticella non aumenti direttamente l'efficacia del farmaco, in questo caso il desametasone, concentrandolo nel sito di interesse potrebbe essere necessario un dosaggio inferiore. Questo studio ha mostrato che il desametasone accumulato nel sito di interesse a livelli più elevati, e più veloce, rispetto agli approcci standard di somministrazione dei farmaci.

"Stiamo consegnando esattamente lo stesso farmaco utilizzato nella clinica, ma la differenza è che stiamo concentrando le droghe al punto di interesse, " ha detto Park. "Avendo queste nanoparticelle mirate al sito di infiammazione, significa che una porzione maggiore della medicina finirà dove è necessaria, e non essere eliminata dal corpo prima che possa accumularsi ed essere efficace."

I ricercatori notano che questo approccio alla membrana cellulare geneticamente modificato è una tecnologia piattaforma che in teoria può essere utilizzata per colpire non solo l'infiammazione in altre aree del corpo - VCAM1 è un segnale universale di infiammazione - ma anche casi d'uso molto più ampi.

"Questa è una piattaforma versatile, non solo per l'infiammazione polmonare, ma per qualsiasi tipo di infiammazione che sovraregola il VCAM1, " ha detto Park. "Questa tecnologia può essere generalizzata; questa nanoparticella rivestita di membrana cellulare ingegnerizzata non deve sovraesprimere VLA4, potrebbe essere scambiato con un'altra proteina che può colpire altre aree del corpo o raggiungere altri obiettivi".

Per ingegnerizzare le membrane cellulari per sovraesprimere la proteina VLA4, Park e il team iniziano con l'impacchettare i geni VLA4 in un vettore virale. Quindi inseriscono questo vettore virale riprogrammato in cellule ospiti cresciute in laboratorio derivate da topi. Le cellule incorporano i geni che il vettore virale sta portando nel proprio genoma e, di conseguenza, producono membrane che sovraesprimono costantemente VLA4.

Il prossimo passo dei ricercatori è studiare il processo utilizzando membrane cellulari umane, invece delle membrane cellulari dei topi, progettati per esprimere la versione umana di VLA4. Ci sono ancora molti passaggi necessari prima che la tecnologia possa essere testata negli studi clinici sull'uomo, ma i ricercatori affermano che questi primi risultati della tecnologia della piattaforma sono incoraggianti.

"Sfruttando le consolidate tecniche di editing genetico, questo studio porta le nanoparticelle rivestite di membrana cellulare a un nuovo livello e apre nuove opportunità per la somministrazione mirata di farmaci e altre applicazioni mediche", concluso da Zhang.