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I ricercatori della Penn Medicine hanno scoperto un nuovo metodo più efficace per impedire alle proteine del corpo di trattare i nanomedicinali come invasori estranei, coprendo le nanoparticelle con un rivestimento per sopprimere la risposta immunitaria che smorza l'efficacia della terapia.
Quando vengono iniettate nel flusso sanguigno, le nanoparticelle non modificate sono invase da elementi del sistema immunitario chiamati proteine del complemento, innescando una risposta infiammatoria e impedendo alle nanoparticelle di raggiungere i loro bersagli terapeutici nel corpo. I ricercatori hanno escogitato alcuni metodi per ridurre questo problema, ma il team di Penn Medicine, i cui risultati sono pubblicati in Materiali avanzati , ha inventato quello che potrebbe essere il metodo migliore:rivestire le nanoparticelle con soppressori naturali dell'attivazione del complemento.
Le nanoparticelle sono minuscole capsule, tipicamente costruite a partire da proteine o molecole legate ai grassi, che fungono da veicoli di consegna per determinati tipi di trattamento o vaccino, di solito quelli contenenti RNA o DNA. Gli esempi più noti di medicinali forniti con nanoparticelle sono i vaccini mRNA contro il COVID-19.
"Si è rivelata una di quelle tecnologie che funziona subito e meglio del previsto", ha affermato il co-autore senior dello studio Jacob Brenner, MD, Ph.D., professore associato di medicina polmonare nella Divisione di polmonite, allergie e terapia intensiva.
Il problema del complemento
Le terapie basate su RNA o DNA generalmente necessitano di sistemi di somministrazione per farle passare attraverso il flusso sanguigno negli organi bersaglio. I virus innocui sono stati spesso utilizzati come vettori o "vettori" di queste terapie, ma le nanoparticelle sono sempre più considerate alternative più sicure. Le nanoparticelle possono anche essere contrassegnate con anticorpi o altre molecole che le fanno affinare con precisione sui tessuti presi di mira.
Nonostante la sua promessa, la medicina basata sulle nanoparticelle è stata notevolmente limitata dal problema dell'attacco del complemento. Le proteine circolanti del complemento trattano le nanoparticelle come se fossero batteri, rivestendo immediatamente le superfici delle nanoparticelle e richiamando grandi globuli bianchi per divorare gli "invasori". I ricercatori hanno tentato di ridurre il problema pre-rivestindo le nanoparticelle con molecole mimetiche, ad esempio il composto organico polietilenglicole (PEG) attira le molecole d'acqua per formare un guscio protettivo acquoso attorno alle nanoparticelle. Ma le nanoparticelle camuffate con PEG o altre sostanze protettive attirano comunque almeno un attacco al complemento. In generale, i farmaci a base di nanoparticelle che devono muoversi attraverso il flusso sanguigno per svolgere il loro lavoro (i vaccini mRNA COVID-19 vengono iniettati nei muscoli, non nel flusso sanguigno) hanno avuto un'efficienza molto bassa nel raggiungere i loro organi bersaglio, di solito meno dell'uno per cento .
Prendere in prestito una strategia
Nello studio, Brenner e Myerson e il loro team hanno escogitato un approccio alternativo o aggiuntivo per proteggere le nanoparticelle, un approccio basato su proteine naturali inibitori del complemento che circolano nel sangue, attaccandosi alle cellule umane per proteggerle dall'attacco del complemento .
I ricercatori hanno scoperto che, in esperimenti di laboratorio, il rivestimento di nanoparticelle standard protette da PEG con uno di questi inibitori del complemento, chiamato Fattore I, ha fornito una protezione notevolmente migliore dall'attacco del complemento. Nei topi, la stessa strategia ha prolungato l'emivita delle nanoparticelle standard nel flusso sanguigno, consentendo a una frazione molto più ampia di raggiungere i propri obiettivi.
"Molti batteri si ricoprono anche di questi fattori per proteggersi dall'attacco del complemento, quindi abbiamo deciso di prendere in prestito quella strategia per le nanoparticelle", ha affermato il co-autore senior Jacob Myerson, Ph.D., ricercatore senior presso il Dipartimento di Farmacologia dei Sistemi e Terapia traslazionale alla Penn.
In una serie di esperimenti su modelli murini di gravi malattie infiammatorie, i ricercatori hanno anche dimostrato che legare il fattore I alle nanoparticelle previene la reazione iperallergica che altrimenti potrebbe essere fatale.
Saranno necessari ulteriori test prima che i nanomedicinali che incorporano il fattore I possano essere utilizzati nelle persone, ma in linea di principio, hanno affermato i ricercatori, l'associazione della proteina che sopprime il complemento potrebbe rendere le nanoparticelle più sicure ed efficienti come veicoli terapeutici in modo che possano essere utilizzate anche in condizioni severe malati.
I ricercatori ora intendono sviluppare strategie per proteggere non solo le nanomedicina, ma anche i dispositivi medici, come cateteri, stent e tubi per dialisi, che sono ugualmente suscettibili all'attacco del complemento. Hanno anche in programma di studiare altre proteine protettive oltre al fattore I.
"Stiamo riconoscendo ora che c'è un intero mondo di proteine che possiamo mettere sulla superficie delle nanoparticelle per difenderle dall'attacco immunitario", ha detto Brenner. + Esplora ulteriormente
