Các nhà nghiên cứu của Đại học Northwestern đã phát triển liệu pháp chọn lọc đầu tiên để ngăn ngừa phản ứng dị ứng, có thể ở mức độ nghiêm trọng từ ngứa và chảy nước mắt đến khó thở và thậm chí tử vong.

Để phát triển liệu pháp mới, các nhà nghiên cứu đã trang trí các hạt nano bằng kháng thể có khả năng tắt các tế bào miễn dịch cụ thể (gọi là tế bào mast) chịu trách nhiệm về phản ứng dị ứng. Hạt nano cũng mang chất gây dị ứng tương ứng với tình trạng dị ứng cụ thể của bệnh nhân. Ví dụ: nếu một người bị dị ứng với đậu phộng thì hạt nano mang protein đậu phộng.

Trong phương pháp tiếp cận hai bước này, chất gây dị ứng sẽ tác động vào các tế bào mast chính xác chịu trách nhiệm về loại dị ứng cụ thể và sau đó các kháng thể sẽ chỉ đóng cửa các tế bào đó. Cách tiếp cận nhắm mục tiêu cao này cho phép liệu pháp ngăn ngừa có chọn lọc các dị ứng cụ thể mà không ức chế toàn bộ hệ thống miễn dịch.

Trong một nghiên cứu trên chuột, liệu pháp này đã chứng minh thành công 100% trong việc ngăn ngừa phản ứng dị ứng mà không gây ra tác dụng phụ đáng chú ý.

Nghiên cứu được công bố hôm nay (16/XNUMX) trên tạp chí Công nghệ nano tự nhiên. Nó đánh dấu liệu pháp nano đầu tiên có tác dụng ức chế tế bào mast, do đó ngăn ngừa phản ứng dị ứng với một chất gây dị ứng cụ thể.

Evan A. Scott, người đứng đầu nghiên cứu, cho biết: “Hiện tại, không có phương pháp nào có thể nhắm mục tiêu cụ thể vào các tế bào mast. “Tất cả những gì chúng tôi có là những loại thuốc như thuốc kháng histamine để điều trị các triệu chứng và những loại thuốc này không ngăn ngừa được dị ứng. Chúng chống lại tác dụng của histamine sau khi dưỡng bào đã được kích hoạt. Nếu chúng ta có cách vô hiệu hóa các tế bào mast phản ứng với các chất gây dị ứng cụ thể thì chúng ta có thể ngăn chặn các phản ứng miễn dịch nguy hiểm trong những tình huống nghiêm trọng như sốc phản vệ cũng như các phản ứng ít nghiêm trọng hơn như dị ứng theo mùa.”

Nhu cầu lớn nhất chưa được đáp ứng là sốc phản vệ, có thể đe dọa tính mạng. Một số hình thức trị liệu miễn dịch đường uống nhất định có thể hữu ích trong một số trường hợp, nhưng hiện tại chúng tôi không có bất kỳ lựa chọn điều trị nào được FDA phê chuẩn có thể ngăn chặn một cách nhất quán những phản ứng như vậy ngoài việc tránh dùng thực phẩm hoặc tác nhân vi phạm. Mặt khác, các phương pháp điều trị như epinephrine được áp dụng để điều trị các phản ứng nghiêm trọng -; không ngăn cản họ. Sẽ chẳng tuyệt vời sao nếu có một phương pháp điều trị dị ứng thực phẩm an toàn và hiệu quả giúp bạn luôn có thể đưa lại một loại thực phẩm vào chế độ ăn mà trước đây bạn từng phải tuyệt đối tránh?”

Tiến sĩ Bruce Bochner của Northwestern, chuyên gia về dị ứng và đồng tác giả nghiên cứu

Scott là Giáo sư Kỹ thuật Y sinh Kay Davis tại Trường Kỹ thuật McCormick của Northwestern và là thành viên của Viện Công nghệ nano Sinh học Simpson Querrey và Viện Công nghệ nano Quốc tế. Bochner là Giáo sư danh dự Samuel M. Feinberg về Y học (dị ứng và miễn dịch học) tại Trường Y Feinberg thuộc Đại học Northwestern. Tác giả đầu tiên của bài báo là Fanfan Du, một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ trong phòng thí nghiệm của Scott, người đã hợp tác chặt chẽ với các đồng tác giả đầu tiên là Clayton Rische, một tiến sĩ. ứng cử viên được đồng cố vấn bởi cả Bochner và Scott, và Yang Li, một tiến sĩ. ứng cử viên trong phòng thí nghiệm Scott.

Mục tiêu khó khăn

Nằm ở gần như tất cả các mô trên khắp cơ thể con người, tế bào mast được biết đến là nguyên nhân chính gây ra phản ứng dị ứng. Nhưng chúng cũng đóng một số vai trò quan trọng khác, bao gồm điều hòa lưu lượng máu và chống ký sinh trùng. Do đó, việc loại bỏ hoàn toàn tế bào mast để ngăn ngừa phản ứng dị ứng có thể gây tổn hại đến các phản ứng hữu ích và lành mạnh khác.

Bochner cho biết: “Mặc dù một số loại thuốc đang được phát triển nhưng hiện tại không có loại thuốc nào được FDA phê chuẩn để ức chế hoặc loại bỏ tế bào mast. “Điều này gặp khó khăn chủ yếu vì các loại thuốc có thể ảnh hưởng đến sự kích hoạt hoặc sự sống của tế bào mast cũng nhắm vào các tế bào khác ngoài tế bào mast và do đó có xu hướng gây ra tác dụng phụ không mong muốn do ảnh hưởng đến các tế bào khác.”

Trong nghiên cứu trước đây, Bochner đã xác định được Siglec-6, một thụ thể ức chế duy nhất được tìm thấy ở mức độ cao và có chọn lọc trên tế bào mast. Nếu các nhà nghiên cứu có thể nhắm mục tiêu vào thụ thể đó bằng một kháng thể thì họ có thể ức chế có chọn lọc các dưỡng bào để ngăn ngừa dị ứng. Nhưng việc giới thiệu kháng thể này tự nó đã thất bại.

Scott nói: “Rất khó để có được nồng độ kháng thể đủ cao để phát huy tác dụng. “Chúng tôi tự hỏi liệu chúng tôi có thể tăng cường nồng độ này bằng cách sử dụng hạt nano hay không. Nếu chúng ta có thể gói một lượng kháng thể mật độ cao vào một hạt nano thì chúng ta có thể biến nó thành ứng dụng thực tế.”

Dán kháng thể lên hạt

Để đóng gói các kháng thể vào hạt nano, Scott và nhóm của ông phải vượt qua một thử thách khác. Để các protein (như kháng thể) bám vào hạt nano, chúng thường phải hình thành một liên kết hóa học làm bung ra (hoặc làm biến tính) protein, ảnh hưởng đến hoạt động sinh học của nó. Để vượt qua thử thách này, Scott đã chuyển sang sử dụng hạt nano được phát triển trước đó trong phòng thí nghiệm của mình.

Không giống như các hạt nano tiêu chuẩn khác có bề mặt ổn định, hạt nano mới được phát triển của Scott bao gồm các chuỗi polymer động, có thể đảo hướng độc lập khi tiếp xúc với các dung môi và protein khác nhau. Khi đưa vào dung dịch lỏng, các chuỗi tự định hướng để đạt được tương tác tĩnh điện thuận lợi với các phân tử nước. Nhưng khi một protein chạm vào bề mặt hạt nano, các chuỗi polymer nhỏ cụ thể ở bề mặt phân cách sẽ đảo hướng để giữ chặt protein mà không liên kết cộng hóa trị với nó. Nhóm của Scott cũng phát hiện ra rằng các túi đẩy nước trên bề mặt protein là chìa khóa cho sự tương tác ổn định.

Khi liên kết với bề mặt, protein thường bị biến tính, mất hoạt tính sinh học. Một khía cạnh độc đáo của các hạt nano của Scott là chúng có thể liên kết ổn định với các enzym và kháng thể trong khi vẫn duy trì cấu trúc 3D và các chức năng sinh học của chúng. Điều này có nghĩa là các kháng thể kháng Siglec-6 duy trì ái lực mạnh mẽ với các thụ thể tế bào mast -; ngay cả khi được gắn vào bề mặt hạt nano.

Scott nói: “Đây là một bề mặt năng động độc đáo. “Thay vì một bề mặt ổn định tiêu chuẩn, nó có thể thay đổi tính chất hóa học bề mặt của nó. Nó được tạo thành từ các chuỗi hợp chất polyme nhỏ, có thể đảo hướng để tối đa hóa các tương tác thuận lợi với cả nước và protein khi cần thiết.”

Khi nhóm của Scott trộn các hạt nano với kháng thể, gần 100% kháng thể đã gắn thành công vào các hạt nano mà không làm mất khả năng liên kết với các mục tiêu cụ thể của chúng. Điều này dẫn đến một liệu pháp dựa trên hạt nano sử dụng các bề mặt có lượng kháng thể riêng biệt dày đặc và có thể kiểm soát cao để nhắm mục tiêu vào các dưỡng bào.

Tắt có chọn lọc

Để ai đó bị dị ứng, tế bào mast của họ sẽ thu giữ và hiển thị các kháng thể, cụ thể là kháng thể immunoglobulin E (IgE), đối với chất gây dị ứng cụ thể đó. Điều này cho phép các tế bào mast nhận biết -; và phản ứng với -; cùng một chất gây dị ứng khi tái tiếp xúc.

Scott cho biết: “Nếu bạn bị dị ứng với đậu phộng và đã từng có phản ứng với đậu phộng trước đây thì các tế bào miễn dịch của bạn sẽ tạo ra kháng thể IgE chống lại protein đậu phộng và tế bào mast sẽ thu thập chúng”. “Bây giờ họ đang đợi bạn ăn thêm một hạt đậu phộng nữa. Khi bạn làm vậy, họ có thể phản ứng trong vòng vài phút và nếu phản ứng đủ mạnh, nó có thể dẫn đến sốc phản vệ ”.

Để nhắm mục tiêu có chọn lọc các dưỡng bào nhằm phản ứng với một chất gây dị ứng cụ thể, các nhà nghiên cứu đã thiết kế liệu pháp của họ để chỉ thu hút các dưỡng bào mang kháng thể IgE đối với chất gây dị ứng đó. Hạt nano sử dụng chất gây dị ứng protein để tương tác với kháng thể IgE trên tế bào mast và sau đó sử dụng kháng thể để tương tác với thụ thể Siglec-6 nhằm ngăn chặn khả năng phản ứng của tế bào mast. Và vì chỉ tế bào mast mới hiển thị thụ thể Siglec-6 nên hạt nano không thể liên kết với các loại tế bào khác -; một chiến lược hạn chế hiệu quả các tác dụng phụ.

Scott nói: “Bạn có thể sử dụng bất kỳ chất gây dị ứng nào mà bạn muốn và bạn sẽ ngừng phản ứng với chất gây dị ứng đó một cách có chọn lọc. “Chất gây dị ứng thường sẽ kích hoạt tế bào mast. Nhưng cùng lúc chất gây dị ứng liên kết, kháng thể trên hạt nano cũng tham gia vào thụ thể Siglec-6 có tác dụng ức chế. Với hai tín hiệu trái ngược nhau này, tế bào mast quyết định rằng nó không nên kích hoạt và nên để nguyên chất gây dị ứng đó. Nó có chọn lọc dừng phản ứng với một chất gây dị ứng cụ thể. Cái hay của phương pháp này là nó không yêu cầu tiêu diệt hoặc loại bỏ tất cả các tế bào mast. Và, từ quan điểm an toàn, nếu hạt nano vô tình gắn vào sai loại tế bào thì tế bào đó sẽ không phản hồi.”

Ngăn ngừa sốc phản vệ ở chuột

Sau khi chứng minh sự thành công trong nuôi cấy tế bào bằng cách sử dụng tế bào mast có nguồn gốc từ mô người, các nhà nghiên cứu đã chuyển liệu pháp của họ sang mô hình chuột nhân bản. Do dưỡng bào ở chuột không có thụ thể Siglec-6 nên nhóm của Bochner đã phát triển một mô hình chuột có dưỡng bào của người trong mô của chúng. Các nhà nghiên cứu đã cho chuột tiếp xúc với chất gây dị ứng và đồng thời cung cấp liệu pháp nano.

Không có con chuột nào bị sốc phản vệ và tất cả đều sống sót.

Scott nói: “Cách đơn giản nhất để theo dõi phản ứng dị ứng là theo dõi những thay đổi về nhiệt độ cơ thể. “Chúng tôi không thấy có sự thay đổi nào về nhiệt độ. Không có phản hồi. Ngoài ra, những con chuột vẫn khỏe mạnh và không có bất kỳ dấu hiệu bên ngoài nào của phản ứng dị ứng.”

Bochner cho biết: “Các tế bào mast của chuột không có Siglec-6 trên bề mặt giống như ở người, nhưng hiện tại chúng tôi đã tiến gần đến mức có thể nghiên cứu thực tế trên người bằng cách thử nghiệm các hạt nano này ở những con chuột đặc biệt có tế bào mast của con người trong mô của chúng”. . “Chúng tôi đã có thể chứng minh rằng những con chuột nhân bản này được bảo vệ khỏi sốc phản vệ.”

Tiếp theo, các nhà nghiên cứu có kế hoạch khám phá liệu pháp nano của họ để điều trị các bệnh khác liên quan đến tế bào mast, bao gồm bệnh tế bào mast, một dạng ung thư tế bào mast hiếm gặp. Họ cũng đang nghiên cứu các phương pháp nạp thuốc vào bên trong các hạt nano để tiêu diệt có chọn lọc các tế bào mast trong bệnh tế bào mast mà không làm tổn thương các loại tế bào khác.

Nghiên cứu “Sự hấp phụ có kiểm soát của nhiều protein hoạt tính sinh học cho phép liệu pháp nano tế bào mast nhắm mục tiêu” được hỗ trợ bởi Viện Hình ảnh Y sinh và Kỹ thuật Sinh học Quốc gia (số cấp 1R01EB030629-01A1) và Viện Dị ứng và Bệnh Truyền nhiễm Quốc gia (số cấp R21AI159586).

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
• PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
• Trung tâmESG. Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
• PlatoSức khỏe. Tình báo thử nghiệm lâm sàng và công nghệ sinh học. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://www.news-medical.net/news/20240116/Breakthrough-nano-shield-blocks-selective-allergic-reactions.aspx