In het labortorium, artsen kunnen chemotherapie hechten aan nanodeeltjes die gericht zijn op tumoren, en kan nanodeeltjes gebruiken om beeldvorming met MRI te verbeteren, PET- en CT-scans. Helaas, nanodeeltjes lijken veel op ziekteverwekkers - de introductie van nanodeeltjes in het menselijk lichaam kan leiden tot activering van het immuunsysteem waarbij, op zijn best, nanodeeltjes worden gewist voordat ze hun doel bereiken, en in het slechtste geval het begin van een gevaarlijke allergische reactie. Een artikel van het University of Colorado Cancer Center dat vandaag in het tijdschrift is gepubliceerd Natuur Nanotechnologie beschrijft hoe het immuunsysteem nanodeeltjes herkent, mogelijk de weg vrijmaken om deze detectie tegen te gaan of te vermijden.

specifiek, de studie werkte met met dextran gecoate ijzeroxide nanodeeltjes, een veelbelovende en veelzijdige klasse van deeltjes die in veel onderzoeken worden gebruikt als vehikels voor medicijnafgifte en MRI-contrastversterkers. Zoals hun naam al aangeeft, de deeltjes zijn kleine vlekjes ijzeroxide ingelegd met suikerketens.

"We hebben verschillende geavanceerde microscopie-benaderingen gebruikt om te begrijpen dat de deeltjes in feite op rupsen lijken, " zegt Dmitri Simberg, doctoraat, onderzoeker bij het CU Cancer Center en assistent-professor aan de Skaggs School of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences, senior auteur van de krant.

De vergelijking is treffend:het ijzeroxidedeeltje is het lichaam van de rups, die is omgeven door fijne haartjes van dextran.

Als Simberg's met dextran gecoate ijzeroxide nanodeeltjes rupsen zijn, dan is het immuunsysteem een ​​dikke kraai die ze zou opeten - dat wil zeggen, als hij ze kan vinden. In feite, het immuunsysteem is precies voor dit doel geëvolueerd - om vreemde deeltjes te vinden en te "eten" - en in plaats van één homogene entiteit is het eigenlijk samengesteld uit een handvol onderling verbonden systemen, elk gespecialiseerd om een ​​specifieke vorm van binnenvallend deeltje tegen te gaan.

Het eerdere werk van Simberg laat zien dat het de immuunsubcomponent, het complementsysteem genaamd, is die nanodeeltjes het meest uitdaagt. In principe, het complementsysteem is een groep van iets meer dan 30 eiwitten die door het bloed circuleren en zich hechten aan binnendringende deeltjes en ziekteverwekkers. In mensen, activatie van het complementsysteem vereist dat drie eiwitten samenkomen op een deeltje -C3b, Bb en properdine - die een stabiel complex vormen dat C3-convertase wordt genoemd.

"De activering van het hele complementsysteem begint met de assemblage van C3-convertase, " zegt Simberg. "In dit artikel, we stellen de vraag hoe de complementeiwitten het oppervlak van de nanodeeltjes daadwerkelijk herkennen. Hoe wordt deze hele reactie getriggerd?"

Eerst, het was duidelijk dat de dextran-coating die de nanodeeltjes moest beschermen tegen menselijke complementaanvallen, zijn werk niet deed. Simberg en collega's konden zien dat complementeiwitten letterlijk de barrière van dextranharen binnendringen.

"Elektronenmicroscopiebeelden laten zien dat eiwit in het deeltje komt om de kern van ijzeroxide te raken, ' zegt Simberg.

In feite, zolang de coating van de nanodeeltjes het nanodeeltje in staat stelde om eiwitten uit het bloed te absorberen, het C3-convertase werd op deze eiwitten geassembleerd en geactiveerd. De samenstelling van de coating was niet relevant - als een bloedeiwit zich aan nanodeeltjes kon binden, het leidde altijd tot complementactivering. Bovendien, Simberg en collega's toonden ook aan dat activatie van complementsystemen een dynamisch en continu proces is - bloedeiwitten en C3-convertase dissociëren constant van nanodeeltjes, en nieuwe eiwitten en C3-convertasen binden aan de deeltjes, voortzetting van de cascade van activering van het immuunsysteem. De groep toonde ook aan dat deze dynamische assemblage van complementeiwitten niet alleen in de reageerbuizen voorkomt, maar ook in levende organismen als deeltjes in het bloed circuleren.

Simberg suggereert dat het werk wijst op uitdagingen en drie mogelijke strategieën om activering van complementsystemen door nanodeeltjes te voorkomen:"Ten eerste, we kunnen proberen de coating van nanodeeltjes te veranderen, zodat het geen eiwitten kan opnemen, wat een moeilijke taak is; tweede, we zouden de samenstelling van eiwitten die door bloed op het deeltjesoppervlak worden geabsorbeerd, beter kunnen begrijpen, waardoor het complementeiwitten kan binden; en ten derde, er zijn natuurlijke remmers van complementactivatie - bijvoorbeeld bloedfactor H - maar in de context van nanodeeltjes, het is niet sterk genoeg om complementactivering te stoppen. Misschien kunnen we ervoor zorgen dat nanodeeltjes meer factor H aantrekken om deze activering te verminderen."

Op een bepaald moment, het concept van nanogeneeskunde leek eenvoudig:ingenieurs en chemici zouden een nanodeeltje maken met affiniteit voor tumorweefsel en er vervolgens een medicijnmolecuul aan vastmaken. Of ze zouden nanodeeltjes injecteren in patiënten die de resolutie van diagnostische beeldvorming zouden verbeteren. Toen de realiteit in verband met het gebruik van nanodeeltjes in het landschap van het menselijk immuunsysteem uitdagender bleek, veel onderzoekers realiseerden zich de noodzaak om een ​​stap terug te doen van mogelijk klinisch gebruik om de mechanismen die het gebruik van nanodeeltjes uitdagen beter te begrijpen.

"Dit basiswerk is absoluut noodzakelijk, " zegt Seyed Moein Moghimi, doctoraat, nanotechnoloog aan de universiteit van Durham, VK, en de co-auteur van het Simberg-papier. "Het is essentieel dat we het proces van immuunherkenning leren beheersen, zodat we een brug kunnen slaan tussen de belofte die nanodeeltjes in het laboratorium laten zien en hun gebruik bij echte patiënten in de echte wereld."