Die neu identifizierte neutrophile Untergruppe ist ein vielversprechendes therapeutisches Ziel für entzündliche Erkrankungen

Unter Verwendung eines von ihnen entworfenen Protein-Nanopartikels haben Wissenschaftler der University of Illinois Chicago zwei unterschiedliche Subtypen von Neutrophilen identifiziert und herausgefunden, dass einer der Subtypen als Wirkstoffziel für entzündliche Erkrankungen verwendet werden kann.

Neutrophile sind eine Art weißer Blutkörperchen, die helfen, Infektionen zu bekämpfen, abgestorbene Zelltrümmer zu beseitigen und Gewebeverletzungen zu heilen. Aber für Menschen mit gesundheitlichen Problemen, die durch chronische Entzündungen wie Arthritis oder Morbus Crohn oder übermäßige Entzündungen wie Sepsis verursacht werden, kann die Rolle der Neutrophilen schädlich sein. In der Forschung wurde beschrieben, dass Neutrophile auch zu Gewebeschäden beitragen – dem zweischneidigen Schwert der Entzündung. Leider unterdrücken derzeitige Medikamente gegen entzündliche Erkrankungen, die auf Neutrophile abzielen, alle ihre Wirkungen, einschließlich ihrer infektionshemmenden und heilenden Funktionen.

Das UIC-Team ist das erste, das Neutrophile in zwei Untergruppen charakterisiert.

„Das Verständnis der Unterschiede zwischen diesen neutrophilen Untergruppen öffnet die Tür für mehr Forschung zu Behandlungen, die entzündliche Erkrankungen behandeln, ohne das Infektionsrisiko der Patienten zu erhöhen“, sagte Studienautor Kurt Bachmaier, Assistenzprofessor in der Abteilung für Pharmakologie und regenerative Medizin am College of Medicine , der die Untersuchung leitete.

Bachmaier und seine Kollegen verwendeten zunächst die Nanopartikelplattform, die aus einem Protein namens Albumin formuliert wurde, um zu analysieren, wie Neutrophile aus Knochenmark, Blut sowie Milz- und Lungengewebe mit dem Nanopartikel interagieren. Sie fanden heraus, dass einige Neutrophile das Albumin-Nanopartikel durch einen Prozess namens Endozytose in die Zelle brachten, während andere dies nicht taten.

Die Wissenschaftler bezeichneten den Subtyp, der das Nanopartikel leicht endozytierte, als ANP-hoch, für Albumin-Nanopartikel hoch. Die Neutrophilen, die das Albumin-Nanopartikel nicht absorbierten, wurden als ANP-niedrig gekennzeichnet.

Weitere Untersuchungen mit dem Albumin-Nanopartikel zeigten, dass die Subtypen unterschiedliche Zelloberflächenrezeptoren haben und dass sie sich in ihrer hilfreichen Fähigkeit, Bakterien abzutöten, und ihrem schädlichen Potenzial, Entzündungen zu fördern, funktionell unterscheiden. ANP-hohe Neutrophile halfen nicht, Bakterien abzutöten, sondern produzierten übermäßige Mengen an reaktiven Sauerstoffspezies und entzündlichen Chemokinen und Zytokinen, die zu entzündlichen Erkrankungen beitragen.

Da die ANP-hohen Neutrophilen auch diejenigen sind, die das Nanopartikel eingefangen haben, führten die Wissenschaftler clevere Experimente mit dem Albumin-Nanopartikel durch, um medikamentöse Behandlungen zu verabreichen. Sie füllten das Nanopartikel mit einem entzündungshemmenden Medikament und verabreichten es Mäusen mit Sepsis. Sie fanden heraus, dass die mit dem wirkstoffbeladenen Nanopartikel behandelten Mäuse weniger Anzeichen einer Gewebeentzündung aufwiesen, aber dass die neutrophile Wirtsabwehr erhalten blieb.

„Das Albumin-Nanopartikel, das mit dem Medikament gefüllt war, band spezifisch an ANP-hohe Neutrophile und entlud ihre Fracht in die Zelle und stoppte sie in ihren Bahnen“, sagte Bachmaier. „Wir fanden ANP-hohe Neutrophile nicht nur bei Mäusen, sondern auch beim Menschen, was die Möglichkeit einer Neutrophilen-Untergruppen-spezifischen zielgerichteten Therapie für entzündliche Erkrankungen beim Menschen eröffnet.“

„Wissenschaft kann ein bisschen wie Magie sein – indem wir nur auf die ANP-hohen Neutrophilen abzielten, stoppten wir die außer Kontrolle geratene Entzündung und bewahrten gleichzeitig die bakterienbekämpfende Entzündung dieser Janus-ähnlichen Zellen“, sagte Seniorautor Asrar Malik, Familie Schweppe Distinguished Professor und Leiter der Abteilung für Pharmakologie und Regenerative Medizin.

Diese Ergebnisse werden in dem Artikel „Albumin Nanoparticle Endocytosing Subset of Neutrophils for Precision Therapeutic Targeting of Inflammatory Tissue Injury“ berichtet, der in veröffentlicht wurde ACS-Nanoeine wissenschaftliche Veröffentlichung der American Chemical Society und der wichtigsten Fachzeitschrift für Nanotechnologie.

Co-Autoren des Artikels sind Andrew Stuart, Amitabha Mukhopadhyay, Sreeparna Chakraborty, Zhigang Hong, Li Wang, Yoshikazu Tsukasaki, Mark Maienschein-Cline, Balaji Ganesh, Prasad Kanteti und Jalees Rehman.