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La pandemia di COVID-19 ha evidenziato l'impatto devastante dell'infiammazione polmonare acuta (ALI), che fa parte della sindrome da distress respiratorio acuto (ARDS) che è la causa principale di morte in COVID-19. Un potenziale nuovo percorso per la diagnosi e il trattamento dell'ARDS deriva dallo studio di come i neutrofili, i globuli bianchi responsabili del rilevamento e dell'eliminazione delle particelle nocive nel corpo, differenziano i materiali da assorbire dalla struttura superficiale del materiale e favoriscono l'assorbimento delle particelle che esibiscono "accumulo di proteine", secondo una nuova ricerca della Perelman School of Medicine dell'Università della Pennsylvania. I risultati sono pubblicati in Nature Nanotechnology .
I ricercatori hanno studiato come i neutrofili sono in grado di differenziare tra i batteri da distruggere e altri composti nel flusso sanguigno, come le particelle di colesterolo. Hanno testato una libreria composta da 23 diverse nanoparticelle a base di proteine in topi con ALI che hanno rivelato una serie di "regole" che predicono l'assorbimento da parte dei neutrofili. I neutrofili non assorbono particelle rigide e simmetriche, come i virus, ma assorbono particelle che hanno mostrato "aggregazione proteica", che i ricercatori chiamano nanoparticelle con proteine agglutinate (NAP).
"Vogliamo utilizzare la funzione esistente dei neutrofili che identifica ed elimina gli invasori per informare su come progettare una nanoparticella 'cavallo di Troia' che i neutrofili iperattivi assorbiranno e forniranno un trattamento per alleviare ALI e ARDS", ha affermato l'autore principale dello studio Jacob Myerson, Ph. D., assegnista di ricerca post-dottorato presso il Dipartimento di Farmacologia dei Sistemi e Terapie Traslazionali. "Per costruire questo sistema di somministrazione del 'cavallo di Troia', tuttavia, abbiamo dovuto determinare in che modo i neutrofili identificano quali particelle nel sangue assorbire".
ALI e ARDS sono forme pericolose per la vita di insufficienza respiratoria con alti tassi di morbilità e mortalità. Prima del COVID-19, c'erano 190.000 casi annuali di ARDS negli Stati Uniti e 75.000 decessi, con l'ARDS causato da polmonite, sepsi e traumi. Tuttavia, il COVID ha aumentato i casi di ARDS a milioni. Quando si verifica ALI o ARDS, le sacche d'aria del polmone reclutano neutrofili nei polmoni per eliminare i microbi circolanti. Questo processo fa sì che i neutrofili rilascino composti che aggravano ulteriormente il danno polmonare e danneggiano le sacche d'aria, quindi i pazienti sviluppano bassi livelli di ossigeno nel sangue. Sfortunatamente, nonostante la gravità dell'ALI/ARDS, non esiste un farmaco efficace per controllarlo e il trattamento attualmente si concentra sul supporto dei pazienti mentre i polmoni guariscono naturalmente, ma lentamente.
Per affrontare l'ARDS e altri problemi medici, i ricercatori della Penn e altrove hanno utilizzato le nanoparticelle per concentrare i farmaci negli organi feriti o malati. Tali nanoparticelle vengono utilizzate anche per la terapia genica e l'immunoterapia.
I ricercatori osservano che mentre lo sviluppo di terapie praticabili per ALI/ARDS che utilizzano nanoparticelle per fornire trattamenti tramite neutrofili sono molto lontani, questa ricerca rappresenta un passo significativo nella comprensione delle condizioni e della funzione del sistema immunitario.
"Ora che abbiamo determinato che i neutrofili pattugliano le nanoparticelle con proteine agglutinate, il nostro prossimo passo è capire come e perché altri microbi, come i virus, che sono rigidi e simmetrici, si sono evoluti per eludere i neutrofili", ha affermato l'autore senior Jacob Brenner, MD, Ph.D., professore associato di medicina polmonare nella divisione di terapia polmonare, allergia e terapia intensiva. "Con questa conoscenza, possiamo continuare a utilizzare questa combinazione unica di scienza dei materiali e ingegneria, per creare terapie specifiche per la malattia che prendono di mira patologie più avanzate e complicate". + Esplora ulteriormente
