De COVID-19-pandemie benadrukte de verwoestende impact van acute longontsteking (ALI), die deel uitmaakt van het acute respiratory distress syndrome (ARDS) dat de dominante doodsoorzaak is bij COVID-19. Een mogelijke nieuwe route naar de diagnose en behandeling van ARDS komt van het bestuderen hoe neutrofielen - de witte bloedcellen die verantwoordelijk zijn voor het detecteren en elimineren van schadelijke deeltjes in het lichaam - differentiëren welke materialen moeten worden opgenomen door de oppervlaktestructuur van het materiaal, en de opname bevorderen van deeltjes die "eiwitklontering", volgens nieuw onderzoek van de Perelman School of Medicine aan de Universiteit van Pennsylvania. De bevindingen zijn gepubliceerd in Nature Nanotechnology .

Onderzoekers onderzochten hoe neutrofielen onderscheid kunnen maken tussen te vernietigen bacteriën en andere verbindingen in de bloedbaan, zoals cholesteroldeeltjes. Ze testten een bibliotheek bestaande uit 23 verschillende op eiwit gebaseerde nanodeeltjes in muizen met ALI, die een reeks "regels" onthulden die de opname door neutrofielen voorspellen. Neutrofielen nemen geen symmetrische, starre deeltjes op, zoals virussen, maar ze nemen wel deeltjes op die "eiwitklontering" vertoonden, wat de onderzoekers nanodeeltjes met geagglutineerd eiwit (NAP's) noemen.

"We willen de bestaande functie van neutrofielen gebruiken die indringers identificeren en elimineren om te informeren hoe een 'Trojaans paard'-nanodeeltje kan worden ontworpen dat overactieve neutrofielen zullen opnemen en behandelen om ALI en ARDS te verlichten," zei hoofdauteur Jacob Myerson, Ph. D., een postdoctoraal onderzoeker bij de afdeling Systeemfarmacologie en Translationele Therapeutica. "Om dit 'Trojaanse paard'-afgiftesysteem te bouwen, moesten we echter bepalen hoe neutrofielen identificeren welke deeltjes in het bloed moeten worden opgenomen."

ALI en ARDS zijn levensbedreigende vormen van respiratoir falen met hoge morbiditeit en mortaliteit. Voorafgaand aan COVID-19 waren er 190.000 jaarlijkse gevallen van ARDS in de VS en 75.000 sterfgevallen, waarbij de ARDS werd veroorzaakt door longontsteking, sepsis en trauma. COVID heeft het aantal ARDS-gevallen echter tot in de miljoenen verhoogd. Wanneer ALI of ARDS optreedt, rekruteren de luchtzakjes van de longen neutrofielen naar de longen om circulerende microben te elimineren. Dit proces zorgt ervoor dat neutrofielen verbindingen afgeven die longbeschadiging verder verergeren en de luchtzakjes beschadigen, zodat patiënten lage zuurstofniveaus in het bloed ontwikkelen. Helaas is er, ondanks de ernst van ALI/ARDS, geen effectief medicijn om het onder controle te krijgen, en de behandeling is momenteel gericht op het ondersteunen van patiënten terwijl de longen van nature, maar langzaam, genezen.

Om ARDS en andere medische problemen aan te pakken, hebben onderzoekers van Penn en elders nanodeeltjes gebruikt om medicijnen te concentreren in beschadigde of zieke organen. Dergelijke nanodeeltjes worden ook gebruikt voor gentherapie en immunotherapie.

De onderzoekers merken op dat hoewel de ontwikkeling van levensvatbare therapieën voor ALI/ARDS met behulp van nanodeeltjes om behandelingen via neutrofielen af ​​te leveren, nog ver weg is, dit onderzoek een belangrijke stap vertegenwoordigt in het begrijpen van de toestand en functie van het immuunsysteem.

"Nu we hebben vastgesteld dat neutrofielen patrouilleren naar nanodeeltjes met geagglutineerd eiwit, is onze volgende stap om te begrijpen hoe en waarom andere microben, zoals virussen, die rigide en symmetrisch zijn, evolueerden om neutrofielen te ontwijken", zegt senior auteur Jacob Brenner, MD, Ph.D., universitair hoofddocent longgeneeskunde in de afdeling long-, allergie- en kritieke zorg. "Met deze kennis kunnen we deze unieke combinatie van materiaalwetenschap en techniek blijven gebruiken om ziektespecifieke therapieën te creëren die gericht zijn op meer geavanceerde en gecompliceerde pathologieën." + Verder verkennen

Hyperinflammatoire respons blokkeren door een kankermedicijn opnieuw te gebruiken