I macrofagi sono cellule vitali per il sistema immunitario e potrebbero potenzialmente ispirare terapie cellulari per una varietà di condizioni mediche. Tuttavia, per realizzare il pieno potenziale delle terapie con macrofagi è necessario essere in grado di vedere cosa fanno questi alleati cellulari all'interno del nostro corpo e un team di ricercatori della Penn State potrebbe aver sviluppato un modo per osservarli mentre fanno le loro cose.

In uno studio pubblicato sulla rivista Small , I ricercatori della Penn State riferiscono di una nuova tecnica di imaging ad ultrasuoni per visualizzare i macrofagi in modo continuo nei tessuti dei mammiferi, con potenziale per l'applicazione umana in futuro.

"Un macrofago è un tipo di cellula immunitaria importante in quasi tutte le funzioni del sistema immunitario, dal rilevamento e l'eliminazione degli agenti patogeni alla guarigione delle ferite", ha affermato l'autore corrispondente Scott Medina, professore associato di ingegneria biomedica di William e Wendy Korb.

"È un componente del sistema immunitario che fa davvero da ponte tra i due tipi di immunità:l'immunità innata, che risponde alle cose molto rapidamente ma in modo non molto preciso, e l'immunità adattativa, che è molto più lenta ad attivarsi ma risponde in modo molto rapido. modo molto più preciso."

I macrofagi regolano questi due bracci della risposta immunitaria umana e aiutano il nostro corpo con funzioni come combattere le infezioni e rigenerare i tessuti. D'altra parte, aiutano anche a mediare l'infiammazione correlata a lesioni e malattie come il diabete e l'artrite reumatoide.

Secondo Medina, queste cellule potrebbero essere sfruttate e applicate in terapie che aiuterebbero i pazienti affetti da patologie come cancro, malattie autoimmuni, infezioni e tessuti danneggiati. Tali terapie implicherebbero l'isolamento, la modifica e/o l'ingegneria dei macrofagi per migliorare le loro proprietà nel combattere le malattie, controllare le risposte immunitarie e promuovere la riparazione dei tessuti.

"Se potessimo visualizzare cosa fanno queste cellule nel corpo, in tempo reale, allora potremmo imparare molto su come progrediscono le malattie e su come avviene la guarigione", ha detto Medina. "Questo ci darebbe un'idea di cosa fanno le cellule nel corpo perché in questo momento siamo davvero limitati a prendere le cellule fuori dal corpo e vedere cosa fanno in una capsula di Petri, che non sarà la soluzione migliore." stesso comportamento che vediamo nel corpo."

I ricercatori si sono rivolti all'ecografia, una tecnica comune per vedere i tessuti interni del corpo. Tuttavia, con i soli ultrasuoni, i macrofagi si fondono con le loro cellule simili.

"I macrofagi sono praticamente invisibili durante l'ecografia perché non è possibile distinguere dove si trovano le cellule rispetto a tutte le altre cellule presenti nel nostro tessuto", ha detto Medina. "Si comportano tutti allo stesso modo, quindi non è possibile vedere cellule specifiche. Abbiamo dovuto creare quello che viene chiamato un agente di contrasto, qualcosa con cui le nostre cellule di interesse potessero essere etichettate e che avrebbe poi fornito un contrasto dell'immagine diverso dallo sfondo. Ed è qui che entrano in gioco queste nanoemulsioni."

Molti cuochi casalinghi conoscono le emulsioni come una miscela di goccioline d'olio sospese in un liquido come aceto o acqua per preparare il condimento per l'insalata; una nanoemulsione è quando le goccioline di olio sono minuscole, di soli nanometri di diametro.

I ricercatori hanno utilizzato nanoemulsioni per creare bolle più resilienti. Le bolle di gas riflettono le onde sonore degli ultrasuoni in modo molto efficiente; tuttavia, se qualcuno inietta delle bolle nel corpo di un paziente, queste non funzionano molto bene perché scoppiano in tempi relativamente brevi.

"Avevamo bisogno di un modo per far sì che le bolle si formassero quando vogliamo che si formino proprio al momento dell'imaging e non prima, e anche che queste bolle persistessero il più a lungo possibile", ha affermato Inhye Kim, ricercatrice post-dottorato in biomedicina. ingegneria e autore principale dello studio.

I ricercatori hanno introdotto goccioline di nanoemulsione nelle cellule, che le hanno interiorizzate. Sotto gli ultrasuoni, le goccioline hanno poi subito un cambiamento di fase, trasformandosi in un gas e, quindi, in una bolla. La pressione delle onde ultrasoniche ha facilitato questo cambiamento, spingendo e tirando la gocciolina mentre l'onda oscilla e utilizza la pressione per forzare la gocciolina a bollire, facendola vaporizzare e trasformarsi in una bolla di gas.

"È simile a come l'acqua bolle a una temperatura più bassa a un'altitudine più elevata, ad esempio in Colorado, perché c'è meno pressione che ne impedisce l'ebollizione", ha detto Medina. "Utilizziamo la pressione che applichiamo su quella gocciolina tramite gli ultrasuoni per farla effettivamente bollire quando vogliamo, in modo che poi vaporizzi e provochi la formazione di questa bolla di gas."

Hanno testato questa nuova tecnica su un campione di tessuto suino e hanno scoperto che l'imaging dei macrofagi funzionava. L’approccio consente ai ricercatori di vedere cosa fanno le cellule immunitarie nel corpo in modo continuo, consentendo una migliore comprensione di come è regolato il sistema immunitario e quale sia il suo ruolo nella lotta contro le malattie, ha affermato Medina. Oltre a ciò, ha osservato Kim, può anche aiutare a sviluppare migliori terapie cellulari immunitarie per i pazienti in futuro.

"Ad esempio, per un paziente con un tumore, questa ricerca potrebbe consentire la progettazione di una terapia cellulare con macrofagi che è più efficace e ha effetti collaterali minori e meno gravi", ha affermato Kim.

I prossimi passi della ricerca includono l’esplorazione della possibilità di utilizzare questa tecnica per altri tipi di visualizzazione delle cellule immunitarie all’interno del corpo umano o per monitorare l’accumulo di placca nelle arterie. Inoltre, i ricercatori stanno cercando collaboratori per far avanzare la tecnica.

"Speriamo di lavorare con altri nel campo della ricerca immunologica che hanno interessi particolari e potrebbero trovare utile questa tecnologia, quindi siamo decisamente aperti a ulteriori collaborazioni e applicazioni", ha affermato Medina.

Ulteriori informazioni: Inhye Kim et al, Imaging in tempo reale, in situ, di macrofagi tramite nanoemulsioni di peptidi a cambiamento di fase, Piccolo (2023). DOI:10.1002/piccolo.202301673

Informazioni sul giornale: Piccolo

Fornito dalla Pennsylvania State University