Een team van onderzoekers van de Universiteit van Californië in San Diego heeft macrofaag "nanosponsen" ontwikkeld die veilig moleculen uit de bloedbaan kunnen absorberen en verwijderen waarvan bekend is dat ze sepsis veroorzaken. Deze macrofaag nanosponzen, dat zijn nanodeeltjes die zijn gehuld in de celmembranen van macrofagen, hebben tot dusverre de overlevingskansen bij muizen met sepsis verbeterd.

Dit werk is een voorbeeld van de celmembraanverhultechnologie die is ontwikkeld door het laboratorium van Liangfang Zhang, een professor in nano-engineering aan de UC San Diego Jacobs School of Engineering. Zijn groep ontwikkelt nieuwe therapieën voor nanomedicijnen door nanodeeltjes te vermommen als lichaamseigen cellen. Eerdere voorbeelden zijn onder meer rode bloedcel-nanosponzen om MRSA-infecties te bestrijden en te voorkomen; nanodeeltjes gehuld in celmembranen van bloedplaatjes om gewonde bloedvaten te herstellen; en nanovezels gehuld in bètacelmembranen die kunnen worden gebruikt om diabetespatiënten te helpen meer insuline te produceren.

In de huidige studie, Het laboratorium van Zhang ontwikkelde macrofaag-nanosponzen die een veelbelovende oplossing bieden voor het effectief behandelen en beheersen van sepsis. Zhangs lab werkte samen met Victor Nizet, een professor in kindergeneeskunde en farmacie aan de UC San Diego, wiens team hielp bij het testen van de macrofaag nanosponzen in vivo .

Sepsis treedt op wanneer het lichaam een ​​ongecontroleerde immuunrespons op een infectie lanceert, veroorzaakt wijdverspreide ontsteking die kan leiden tot orgaanfalen, septische shock en zelfs de dood. De Amerikaanse Centers for Disease Control and Prevention schatten dat meer dan 1,5 miljoen Amerikanen sepsis krijgen en ongeveer 250, 000 sterven elk jaar aan deze aandoening.

Sepsis wordt meestal behandeld met antibiotica. Maar hoewel antibiotica mogelijk sepsis-veroorzakende bacteriën kan elimineren, ze kunnen de ontsteking niet onder controle houden.

Sommige sepsis-veroorzakende bacteriën scheiden giftige moleculen uit die endotoxinen worden genoemd. Macrofagen - witte bloedcellen die een belangrijke rol spelen bij ontstekingen - erkennen endotoxinen als gevaarlijk. In antwoord, macrofagen produceren ontstekingsveroorzakende eiwitten die pro-inflammatoire cytokinen worden genoemd, die op hun beurt andere macrofagen activeren om meer cytokinen te produceren, veroorzaakt een gevaarlijk domino-effect van ontstekingen door het hele lichaam.

"Om sepsis effectief te beheersen, je moet deze cytokinestorm beheersen, " zei Zhang.

In een paper gepubliceerd in Proceedings van de National Academy of Sciences , Zhang en een team van onderzoekers van UC San Diego toonden aan dat macrofaag-nanosponzen zowel endotoxinen als pro-inflammatoire cytokines in de bloedbaan veilig kunnen neutraliseren.

Een breed scala aan endotoxinen en pro-inflammatoire cytokinen binden van nature aan macrofaagcelmembranen, dus deze nanosponzen dienen als universele vallen voor een breed spectrum van sepsis-veroorzakende moleculen, Zhang uitgelegd. "Ze kunnen over verschillende bacteriële geslachten heen werken, soorten en stammen, " zei hij. En aangezien ze bedekt zijn met echte macrofaagcelmembranen, ze kunnen doorgaan als de eigen immuuncellen van het lichaam en de bloedbaan laten circuleren zonder te worden uitgezet.

Onderzoekers gebruikten macrofaagcellen van muizen om de nanosponzen te maken. Ze dompelden de cellen onder in een oplossing die de cellen deed barsten, de membranen achterlatend. De membranen werden verzameld met behulp van een centrifuge, vervolgens gemengd met bolvormige nanodeeltjes gemaakt van biologisch afbreekbaar polymeer. De mengstap bedekte spontaan de nanodeeltjes in celmembranen van macrofagen.

Het team diende de macrofaag nanosponzen toe aan een groep muizen die besmet waren met een dodelijke dosis van E coli . De behandeling hield vier van de tien muizen in deze groep in leven, terwijl alle muizen in de onbehandelde groep stierven. Eén dosis van de macrofaag-nanosponzen verminderde significant de niveaus van endotoxinen en pro-inflammatoire cytokinen in de behandelde muizen. Dit voorkwam systemische ontstekingen en verminderde ook het aantal bacteriën in het bloed en de milt van deze muizen.

Zhang werkt samen met biofarmaceutische bedrijven om de macrofaag nanosponzen te vertalen naar klinisch gebruik. De volgende stappen zijn onder meer het op grote schaal vervaardigen van de nanosponzen en het uitvoeren van grote dierproeven.