Wissenschaftler der University of Illinois Chicago haben eine Behandlung für Lungenfibrose entwickelt, indem sie mit Mannose – einer Zuckerart – beschichtete Nanopartikel verwenden, um eine Population von Lungenzellen, sogenannte Makrophagen, zu stoppen, die zur Vernarbung des Lungengewebes beitragen. Die Cell-Targeting-Methode ist vielversprechend, um dieser schweren Lungenvernarbung vorzubeugen, die zu lebensbedrohlichen Komplikationen wie Atemnot führen kann.
Die Forscher sagen, dass die Behandlung noch nicht bereit ist, in klinischen Studien getestet zu werden, aber ihr Erfolg in relevanten Tiermodellen ist ein vielversprechendes Zeichen dafür, dass es möglich sein könnte, die Krankheit zu behandeln – für die es nur sehr begrenzte und ungenaue Behandlungen gibt.
Eine Hauptursache für Lungenfibrose ist die Aktivierung schädlicher Immunzellen, die eine übermäßige Entzündung verursachen.
„Die Entzündungsprozesse des Körpers sind sehr komplex und es ist sehr schwierig, Behandlungen für Krankheiten zu finden, die auf anhaltende oder übermäßige Entzündungen zurückzuführen sind, da die Behandlungen, die schädliche Entzündungen verhindern, auch – leider – hilfreiche Entzündungen verhindern, die Infektionen bekämpfen und Verletzungen heilen“, sagte Abhalaxmi Singh. Visiting Research Assistant Professor in der Abteilung für Pharmakologie und Regenerative Medizin am UIC College of Medicine. „Es ist aufregend, eine gezielte Behandlung zu haben, die eine Grundursache für schädliche Entzündungen in einem Tiermodell anspricht.“
Die Behandlung mit beschichteten Nanopartikeln stoppt die Fibrose, indem sie an eine Untergruppe von Makrophagen bindet, eine Art weißer Blutkörperchen, die in allen Organen vorkommen und einen Rezeptor für Mannose, ein Zuckermolekül, haben. Dieser Rezeptor namens CD206 wird bei Patienten mit Lungenfibrose überexprimiert.
Die Wissenschaftler fanden heraus, dass die Makrophagen, die Lungenfibrose verursachen, sehr hohe Gehalte an Mannose aufweisen. Bei Lungenfibrose durchlaufen Makrophagen einen Übergang, der Zytokine freisetzt und die Narbenbildung fördert. Singh und ihre Kollegen charakterisierten die Oberflächen dieser narbenfördernden Makrophagen und des CD206-Mannoserezeptors und entwarfen ein Nanovehikel, das auf diese Rezeptoren abzielt.
Wenn sich das mit Zucker beschichtete Nanopartikel an den Rezeptor der Zelle bindet, liefert es das Nukleotid – ein Fragment der Silencing-RNA (siRNA), das auf den transformierenden Wachstumsfaktor Beta (TGFB) abzielt –, das die Forscher in das Nanopartikel geladen haben. SiRNA, die auf TGFB abzielt, ist ein Zellsignalweg, von dem bekannt ist, dass er an der Lungenfibrose beteiligt ist. Einmal in der Zelle blockiert das Nukleotid die Fähigkeit des Makrophagen, übermäßige Mengen an Proteinen wie Kollagen herzustellen, die an der Narbenbildung beteiligt sind.
„Makrophagen sind aufregende, komplexe Zellen, und der Ansatz, den Dr. Singh und unser Team bei der Beschichtung der Nanopartikel mit Zucker zur Bindung an den Mannoserezeptor gewählt haben, ist ein faszinierender und präziser Weg, um sicherzustellen, dass diese Untergruppe von Zellen gezielt mit einer Silencing-RNA-Behandlung versorgt wird zur Fibrose beitragen“, sagte Asrar Malik, Schweppe Family Distinguished Professor und Leiter der Abteilung für Pharmakologie und Regenerative Medizin.
Das Team hat bereits damit begonnen, die Behandlung in menschlichen Lungengewebeproben mit Kollegen an der University of California in San Francisco zu testen.
Das in den Experimenten verwendete Nanopartikel wird aus einem Protein namens Albumin formuliert, und es ist eine Plattform, die die Wissenschaftler als Werkzeug zur Bereitstellung von Therapeutika für eine Vielzahl von Erkrankungen untersuchen.
Maliks Team entdeckte zuerst, dass Albumin-Nanopartikel verwendet werden können, um Entzündungen auf präzisionsmedizinische Weise zu unterdrücken. Ihre ursprüngliche Entdeckung wurde in einem Jahr 2014 gemeldet Natur Nanotechnologie Forschungsartikel. Anschließend gründeten die Erfinder Nano Biotherapeutics, ein unabhängiges Start-up-Unternehmen, das durch einen Technologietransfer-Zuschuss für Kleinunternehmen der Phase II der National Institutes of Health unterstützt wird, um die Partner und Investoren zu gewinnen, die für die Markteinführung der Innovation erforderlich sind.
Die neue Forschungsarbeit wird in dem Artikel „Nanoparticle Targeting of de novo Pro-fibrotic Macrophages Mildert Lung Fibrosis“ beschrieben, der in veröffentlicht wurde Proceedings of the National Academy of Sciences.
Der Artikel wurde von Sreeparna Chakraborty, Sing Wan Wong, Nicole Hefner, Andrew Stuart, Abdul Qadir, Amitabha Mukhopadhyay, Kurt Bachmaier, Jae-Won Shin und Jalees Rehman mitverfasst.
Abhalaxmi Singh et al, Nanopartikel-Targeting von de novo profibrotischen Makrophagen mildert Lungenfibrose, Proceedings of the National Academy of Sciences (2022). DOI: 10.1073/pnas.2121098119
Zhenjia Wang et al, Prävention von Gefäßentzündungen durch Nanopartikel-Targeting von adhärenten Neutrophilen, Natur Nanotechnologie (2014). DOI: 10.1038/nnano.2014.17