Een drietal chemici van de Indiana University Bloomington heeft een nieuwe sensor gemaakt om chemische veranderingen in immuuncellen te detecteren tijdens de afbraak van ziekteverwekkers. Het werk kan mogelijk bijdragen aan de vroege diagnose en behandeling van infectieziekten, zoals tuberculose, die bepaalde elementen van de immuunrespons van het lichaam ontwijken.

De resultaten werden op 8 oktober gerapporteerd Angewandte Chemie , een toonaangevend scheikundetijdschrift. De studie werd geleid door Yan Yu, een universitair hoofddocent aan de afdeling Scheikunde van het IU Bloomington College of Arts and Sciences.

De deeltjes in de studie waren ontworpen om fagocytose te begrijpen, het proces waarbij immuuncellen ziekteverwekkers in het lichaam opnemen en vernietigen. Tijdens dit belangrijke proces pathogenen worden opgeslokt in cellulaire compartimenten die fagosomen worden genoemd, die vervolgens "rijpen" door een complexe opeenvolging van chemische reacties, binnendringende ziekte doden.

"Veel belangrijke celfuncties, inclusief fagocytose, vertrouwen op de orkestratie van complexe chemische reacties, maar het in realtime meten van deze verschillende reacties in een levende cel is een enorme uitdaging, " zei Yu. "Deze studie toont aan dat deeltjes van het type dat in ons laboratorium is ontworpen, breed toepasbaar zijn voor het begrijpen van vele soorten complexe chemische interacties in levende cellen."

De deeltjes die in het onderzoek zijn gebruikt, worden Janus-deeltjes genoemd, genoemd naar de Romeinse god met twee gezichten. De kunstmatig geconstrueerde deeltjes worden zo genoemd omdat twee zijden van hetzelfde deeltje zijn "gecoat" met verschillende chemische sensoren. Deze sensoren kunnen fungeren als detectoren, of "verslaggevers, " voor verschillende chemicaliën die betrokken zijn bij het onderzochte biologische proces.

Yu's lab heeft een techniek geperfectioneerd om deze receptoren heel dicht bij elkaar te pakken over het oppervlak van een Janus-deeltje, hun doeltreffendheid als onderzoeksinstrument aanzienlijk vergroten.

Yu's eerdere onderzoek naar Janus-deeltjes heeft nieuwe inzichten opgeleverd in het vermogen van het lichaam om schimmelinfecties te weerstaan, evenals een nieuwe methode om de T-cellen van het lichaam te activeren, die worden gebruikt om kanker te bestrijden, immuuntherapie verbeteren, virale infectie te bestrijden en tolerantie te induceren bij auto-immuunziekten. Dit laatste werk is het onderwerp van een octrooiaanvraag bij het U.S. Patent and Trademark Office. Ze heeft ook een voorlopig patent aangevraagd op de nieuw gerapporteerde ontdekking.

In de nieuwe studie Yu's team ontwierp een Janus-deeltje waarvan de twee zijden bestaan ​​uit een pH-reporter van 3 micrometer en een proteolyse-reporter van 500 nanometer. Als resultaat, de onderzoekers waren in staat om gelijktijdig twee chemische processen te meten die betrokken zijn bij fagocytose - verzuring en proteolyse - binnen een enkel rijpend fagosoom in realtime. Ze identificeerden dat fagosomen een "zure lumen" nodig hebben om enzymen te activeren die pathogenen verteren die erin zijn ingekapseld, een cruciale stap om te voorkomen dat de ziekteverwekkers zich voortplanten in de immuuncellen van de gastheer.

Ze toonden ook aan dat lipopolysacharide, een suikerverbinding die wordt aangetroffen in de buitenwandmembranen van veel bacteriën, kan de verzuring en proteolyse in fagosomen beïnvloeden.

Het begrijpen van deze processen is vooral belangrijk bij bacteriële infecties die de immuunrespons van het lichaam omzeilen door een of meer gebeurtenissen in het fagosoomrijpingsproces te kapen, de beschermende functie van het fagosoom tegenwerken. Deze ziekten omvatten tuberculose, die 's werelds grootste moordenaar van besmettelijke ziekten is, eist jaarlijks ongeveer 1,5 miljoen levens.

"De Janus-deeltjes die in dit onderzoek zijn gemaakt, fungeren als een sensor om deze chemische veranderingen in immuuncellen te detecteren tijdens de afbraak van pathogenen, "Zei Yu. "Maar, breder, het werk demonstreert de haalbaarheid van Janus-deeltjes als een algemeen hulpmiddel voor het volgen van meerdere reacties in een cel, en benadrukt ook hun potentieel voor de detectie en diagnose van infectieziekten."

De andere auteurs van het onderzoek zijn Seonik Lee en Zihan Zhan, beide afgestudeerde onderzoeksassistenten in Yu's laboratorium in IU Bloomington.