Leczenie urazów płuc pochodzących z dorosłych komórek skóry

PRZEZ LINIĘ: Emily Caldwell

Nowe badania pokazują, że terapeutyczne nanonośniki zaprojektowane z dorosłych komórek skóry mogą zmniejszać stany zapalne i uszkodzenia tkanek w uszkodzonych płucach myszy, co wskazuje na obiecujące możliwości leczenia poważnie zakażonych lub uszkodzonych płuc.

Naukowcy przeprowadzili eksperymenty na hodowlach komórkowych i myszach, aby zademonstrować potencjał terapeutyczny tych nanocząstek, które są pozakomórkowymi pęcherzykami podobnymi do tych, które krążą w ludzkim krwioobiegu i płynach biologicznych, które przekazują wiadomości między komórkami.

Istnieje nadzieja, że ​​kropla roztworu zawierającego te nanonośniki, dostarczona do płuc przez nos, może leczyć zespół ostrej niewydolności oddechowej (ARDS), jedną z najczęstszych przyczyn niewydolności oddechowej, która powoduje podłączanie pacjentów do respiratora. W ARDS wymykająca się spod kontroli leptospiroza w płucach poważnie przeciąża układ odpornościowy, tak że komórki odpornościowe nie mogą poradzić sobie z początkową przyczyną uszkodzenia.

„Te zewnątrzkomórkowe pęcherzyki byłyby alternatywnym sposobem leczenia ARDS, który daje szansę na walkę z układem odpornościowym” – powiedział główny autor badania. Natalia Higuita CastroAdiunkt w Inżynieria biomedyczna I Neurochirurgia na Uniwersytecie Stanowym Ohio. „Problem z ARDS polega na tym, że dochodzi do przesunięcia naturalnej równowagi na korzyść stanu zapalnego. Wprowadzając środki przeciwzapalne, przesuwasz tę równowagę na wyższy poziom, aby układ odpornościowy mógł rozwiązać podstawowy problem.”

Badanie zostało niedawno opublikowane online w czasopiśmie Zaawansowane materiały.

Higuita Castro, dyrektor ds. zaawansowanej terapii i inżynierii w College of Medicine, zauważył, że rozpoczęcie procesu inżynierii od dorosłych komórek skóry zwanych fibroblastami skóry jest ważną tajemnicą sukcesu tej technologii. Instytut Badań Serca i Płuc Davisa.

Wiele nanowektorów zaprojektowano z komórek macierzystych lub progenitorowych, które mogą różnicować się w inne typy komórek, ale mają również enigmatyczne właściwości, które nie są jeszcze w pełni poznane.

„Wykorzystanie komórek skóry od dorosłych zwierząt jest dla nas bardzo ważne, ponieważ chcieliśmy wykazać wykonalność przełożenia tego na warunki kliniczne, w których moglibyśmy mieć uniwersalną komórkę dawcy od dorosłych pacjentów” – powiedział Higuita Castro. „Fibroblasty skórne są łatwo dostępne, możemy je hodować, są używane w klinice do szczepień i gojenia ran i nie wywołują odpowiedzi immunologicznej, jak te obserwowane w innych źródłach komórkowych”.

Aby stworzyć pęcherzyki, naukowcy przykładają ładunek elektryczny do komórki skóry dawcy, aby otworzyć przejściowe dziury w jej błonie, dostarczając DNA uzyskane z zewnątrz do środka. Komórka dawcy przekształca tę informację genetyczną w jedno z dwóch białek przeciwzapalnych, a także w informacyjny RNA, cząsteczki, które tłumaczą instrukcje wytwarzania większej ilości tych funkcjonalnych białek.

Ten materiał jest ładunkiem wewnątrz tych nanonośników, których powierzchnie są oznaczone cząsteczką umożliwiającą interakcję z określonymi komórkami w celu poprawy retencji w płucach. W tym badaniu oddzielne nanowektory zostały zapakowane z jednym z dwóch białek przeciwzapalnych, IL-4 lub IL-10, a także mRNA komórek biorców w płucach w celu przetworzenia i wytworzenia większej ilości białka.

„Białka mają natychmiastowy efekt, a dodanie mRNA zapewni bardziej zrównoważony efekt” – powiedział Higuita Castro, główny wykładowca w Ohio State. Instytut Terapii Genowej.

Różne białka nie są łączone w jeden pęcherzyk bez powodu: „Naszą wizją zastosowań klinicznych jest posiadanie platformy do mieszania i dopasowywania w zależności od potrzeb pacjenta” – mówi. W ten sposób w razie potrzeby możemy również podawać wielokrotnie mniejsze dawki, a ponowne dawkowanie tych nanowektorów byłoby dobre, ponieważ nie wywołują one znaczącej odpowiedzi immunologicznej.

Eksperymenty z hodowlami komórkowymi sugerowały, że te pęcherzyki płucne mogą być stosowane jako leczenie wstępne u pacjentów z wysokim ryzykiem ARDS. Badania na myszach wykazały jego zdolność do pomocy pacjentom, którzy już są bardzo chorzy.

Po wstrzyknięciu myszom cząsteczki, która spowodowała ciężkie zapalenie płuc, naukowcy podali im pojedynczą kroplę płynu wypełnionego zmodyfikowanymi nanonośnikami, które docierają bezpośrednio do ich dotkniętych chorobą płuc i zaczynają działać. Zapalenie zostało zmniejszone zgodnie z oczekiwaniami, ale powtarzane eksperymenty na zwierzętach wykazały, że pęcherzyki zmniejszają również uszkodzenia tkanki płucnej.

Najbardziej ekscytujące dla Hijita-Castro jest odkrycie, że komórki w leczonych płucach wydzielają substancje o dodatkowych korzyściach terapeutycznych — w tym przeciwutleniacze i więcej cząsteczek przeciwzapalnych.

„Szczerze mówiąc, to było niesamowite” – powiedziała. „Jest to leczenie miejscowe, ponieważ jest podawane przez nos i pozostaje w płucach, ponieważ tak je zaprojektowaliśmy, ale ma naprawdę silny efekt globalny”.

Znalezienie bezpiecznego i skutecznego leczenia ARDS jest ważną potrzebą medyczną. Obecne stosowanie respiratorów i sterydów wiąże się z wieloma skutkami ubocznymi i chociaż poważne choroby płuc były stosunkowo rzadkie, liczba przypadków gwałtownie wzrosła podczas pandemii COVID-19.

„COVID-19 uwydatnił ogólny brak skutecznych opcji leczenia ostrego uszkodzenia płuc” – powiedział Higuita Castro.

Z nanonośnikami można zrobić więcej, w tym opracować najdrobniejsze szczegóły wszystkiego, co mogą zrobić, aby naprawić uszkodzone płuca i przetestować leczenie na większych zwierzętach. Ale Higuita-Castro jest optymistą co do przyszłości technologii.

„Te zewnątrzkomórkowe pęcherzyki to nanocząsteczki pochodzenia naturalnego i uważamy, że są fascynujące, ponieważ natura jest najlepszym przykładem, jaki możemy uzyskać – udoskonalenie systemu zajęło miliony lat” – powiedziała.

Badania te zostały sfinansowane przez Biuro Badań Stanu Ohio Finansowanie zalążkowe COVID-19 i obdarzyć kogo Narodowy Instytut Zdrowia.

Pracami kierowali pierwsi autorzy Ana Salazar Puerta i Maria Rincon Benavides. Inni współautorzy ze stanu Ohio to Tatiana Cuellar-Gaviria, Julian Aldana, Lilibeth Ortega Pineda, Devlina Das, Danielle Dowd, Charles Spencer, Benbin Deng, David McComb, Joshua Englert, Samir Gadiali, Lauren Wold i Daniel Gallego Perez. Nad badaniem pracowały Gabriela Vasquez Martinez i Diana Zepeda Orozco z Nationwide Children’s Hospital.

#