Ingenieurs van de Universiteit van Californië in San Diego hebben neutrofiele "nanosponsen" ontwikkeld die veilig een verscheidenheid aan eiwitten kunnen absorberen en neutraliseren die een rol spelen bij de progressie van reumatoïde artritis. Injecties van deze nanosponzen behandelden effectief ernstige reumatoïde artritis in twee muismodellen. Door de nanosponzen in een vroeg stadium toe te dienen, kon de ziekte zich ook niet ontwikkelen.

Het werk is op 3 september gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie .

"Nanosponzen zijn een nieuw behandelparadigma om te voorkomen dat pathologische moleculen ziektes in het lichaam veroorzaken, " zei senior auteur Liangfang Zhang, een professor in nano-engineering aan de UC San Diego Jacobs School of Engineering. "In plaats van behandelingen te creëren om een ​​paar specifieke soorten pathologische moleculen te blokkeren, we ontwikkelen een platform dat een breed spectrum ervan kan blokkeren, en op deze manier kunnen we ziekten effectiever en efficiënter behandelen en voorkomen."

Dit werk is een van de nieuwste voorbeelden van therapeutische nanosponzen die zijn ontwikkeld door het laboratorium van Zhang. Zhang, die is verbonden aan het Institute of Engineering in Medicine en Moores Cancer Center aan de UC San Diego, en zijn team ontwikkelden eerder rode-bloedcel-nanosponzen om MRSA-infecties te bestrijden en te voorkomen, en macrofaag-nanosponzen om sepsis te behandelen en te beheersen.

De nieuwe nanosponzen zijn nanodeeltjes van biologisch afbreekbaar polymeer gecoat met de celmembranen van neutrofielen, een soort witte bloedcel.

Neutrofielen behoren tot de eerste responders van het immuunsysteem tegen binnendringende pathogenen. Het is ook bekend dat ze een rol spelen bij de ontwikkeling van reumatoïde artritis, een chronische auto-immuunziekte die pijnlijke ontstekingen in de gewrichten veroorzaakt en uiteindelijk kan leiden tot beschadiging van kraakbeen en botweefsel.

Wanneer reumatoïde artritis zich ontwikkelt, cellen in de gewrichten produceren ontstekingseiwitten die cytokinen worden genoemd. Het vrijkomen van cytokinen geeft aan dat neutrofielen de gewrichten binnendringen. Eenmaal daar, cytokinen binden aan receptoren op de neutrofiele oppervlakken, ze activeren om meer cytokinen vrij te maken, wat op zijn beurt meer neutrofielen naar de gewrichten trekt, enzovoort.

De nanosponzen knijpen deze ontstekingscascade in wezen in de kiem. Door op te treden als kleine neutrofiele lokvogels, ze onderscheppen cytokines en voorkomen dat ze nog meer neutrofielen naar de gewrichten sturen, vermindering van ontstekingen en gewrichtsschade.

Deze nanosponzen bieden een veelbelovend alternatief voor de huidige behandelingen voor reumatoïde artritis. Sommige monoklonale antilichaamgeneesmiddelen, bijvoorbeeld, patiënten hebben geholpen de symptomen van de ziekte te beheersen, maar ze werken door alleen specifieke soorten cytokinen te neutraliseren. Dit is niet voldoende om de ziekte te behandelen, zei Zhang, omdat er zoveel verschillende soorten cytokinen en pathologische moleculen bij betrokken zijn.

"Het neutraliseren van slechts één of twee typen is misschien niet zo effectief. Dus onze benadering is om neutrofiele celmembranen te nemen, die van nature receptoren hebben om al deze verschillende soorten cytokinen te binden, en ze gebruiken om een ​​hele populatie van ontstekingsmoleculen te beheren, " zei Zhang.

"Deze strategie elimineert de noodzaak om specifieke cytokines of ontstekingssignalen in het proces te identificeren. Door gebruik te maken van volledige neutrofiele celmembranen, we snijden al deze ontstekingssignalen tegelijk af, " zei eerste auteur Qiangzhe Zhang, een doctoraat student in de onderzoeksgroep van professor Liangfang Zhang aan UC San Diego.

Om de neutrofiele nanosponzen te maken, de onderzoekers ontwikkelden eerst een methode om neutrofielen te scheiden van volbloed. Vervolgens verwerkten ze de cellen in een oplossing waardoor ze opzwellen en barsten, de membranen achterlatend. De membranen werden vervolgens in veel kleinere stukken gebroken. Door ze te mengen met bolvormige nanodeeltjes gemaakt van biologisch afbreekbaar polymeer, werden de neutrofiele celmembranen op de nanodeeltjesoppervlakken gefuseerd.

"Een van de grootste uitdagingen van dit werk was het stroomlijnen van dit hele proces, van het isoleren van neutrofielen uit het bloed tot het verwijderen van de membranen, en dit proces herhaalbaar te maken. We hebben er veel tijd aan besteed om dit uit te zoeken en uiteindelijk hebben we een consistente productielijn voor nanospons voor neutrofielen gecreëerd. ' zei Qiangzhe Zhang.

In muismodellen van ernstige reumatoïde artritis, het injecteren van nanosponzen in ontstoken gewrichten leidde tot verminderde zwelling en beschermde kraakbeen tegen verdere schade. De nanosponzen presteerden net zo goed als behandelingen waarbij muizen een hoge dosis monoklonale antilichamen kregen toegediend.

De nanosponzen werkten ook als een preventieve behandeling wanneer ze werden toegediend voorafgaand aan het induceren van de ziekte bij een andere groep muizen.

Professor Liangfang Zhang waarschuwt dat de behandeling met nanospons de ziekte niet wegneemt. "We zijn in principe in staat om de ziekte onder controle te krijgen. Het is niet helemaal weg. Maar de zwelling is sterk verminderd en de kraakbeenschade wordt geminimaliseerd, " hij zei.

Het team hoopt op een dag hun werk in klinische onderzoeken te zien.