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中性粒細胞奈米海綿吸收促進類風濕性關節炎的蛋白質

來源 : 亞洲健康互聯海外中心
update : 2018/09/11
中性粒細胞膜包被的納米粒子的例證 圖片來源:加州大學聖地亞哥分校

加州大學聖地亞哥分校的工程師開發出了中性粒細胞「奈米海綿」,可以安全地吸收和中和多種蛋白質,這些蛋白質在類風濕性關節炎的進展中發揮作用。在兩種小鼠模型中注射這些奈米海綿,有效地治療了嚴重的類風濕性關節炎。早期施用奈米海綿也可以預防疾病的發展。

這項研究於93日在Nature Nanotechnology上發表。

「奈米海綿是阻止病理分子在體內引發疾病的新範式,」加州大學聖地亞哥雅各布斯工程學院的奈米工程學教授張良芳 (譯音) 說。 「我們正在開發一種可以阻斷其廣泛範圍的平台,而不是創造治療來阻斷一些特定類型的病理分子,如此就能更有效地治療和預防疾病。

此項工作是張氏實驗室開發的治療性奈米海綿的最新實例之一。張先生還加入了加州大學聖地亞哥分校醫學和摩爾癌症中心工程研究所,他的團隊之前開發了紅細胞奈米海綿,用於對抗和預防MRSA感染和巨噬細胞奈米海綿治療和控制敗血症。

新的奈米海綿是生物可降解聚合物的奈米顆粒,其塗有中性粒細胞的細胞膜,嗜中性粒細胞是一種白細胞。

中性粒細胞是免疫系統對抗入侵病原體的第一反應者之一。還已知它們在類風濕性關節炎的發展中產生作用,類風濕性關節炎是一種慢性自身免疫疾病,其在關節中引起疼痛性炎症,並且最終可導致軟骨和骨組織的損傷。

當類風濕性關節炎發展時,關節中的細胞產生稱為細胞因子的炎性蛋白質。細胞因子的釋放表明嗜中性粒細胞進入關節。在那裡,細胞因子與中性粒細胞表面的受體結合,激活它們以釋放更多的細胞因子,從而將更多的中性粒細胞吸引到關節等等。

(中性粒細胞奈米海綿的透射電子顯微鏡檢查。圖片來源:Qiangzhe Zhang / Nature Nanotechnolog)

奈米海綿基本上將這種炎症級聯壓在芽中。透過作為微小的中性粒細胞誘餌,它們攔截細胞因子並阻止它們向關節發出更多的中性粒細胞信號,減少炎症和關節損傷。

這些奈米海綿為目前治療類風濕性關節炎提供了一種有前景的替代方案。例如,一些單克隆抗體藥物幫助患者控制疾病症狀,但它們透過僅中和特定類型的細胞因子產生作用。張說,這還不足以治療這種疾病,因為有很多不同類型的細胞因子和病理分子參與其中。

「中和一兩種類型可能效果不佳。所以我們的方法是服用中性粒細胞膜,這些細胞膜天然具有結合所有這些不同類型細胞因子的受體,並用管理整個炎症分子群,」張說。

「這種策略消除了在過程中識別特定細胞因子或炎症信號的需要。使用整個中性粒細胞膜,我們立即切斷所有這些炎症信號,」第一作者Qiangzhe Zhang博士說。

為了製造中性粒細胞奈米海綿,研究人員首先開發了一種從全血中分離中性粒細胞的方法。然後,他們在溶液中處理細胞,使細胞膨脹並破裂,留下膜。然後將膜破碎成更小的碎片。將它們與由可生物降解的聚合物製成的球形奈米顆粒混合,將中性粒細胞膜融合到奈米顆粒表面上。

「這項工作的主要挑戰之一是簡化整個過程,從分離血液中的中性粒細胞到去除膜,並使這個過程可重複。我們花了很多時間搞清楚這一點,並最終建立了一個一致的中性粒細胞奈米海綿生產線,」研究人員說。

在嚴重類風濕性關節炎的小鼠模型中,在發炎的關節中注射奈米海綿導致腫脹減少,並且保護軟骨免受進一步損傷。奈米海綿的表現與給予小鼠高劑量單克隆抗體的治療一樣好。

當在另一組小鼠中誘導疾病之前施用時,奈米海綿也產生預防性治療的作用。

張良芳教授提醒說,奈米海綿治療並不能消除這種疾病。 「我們基本上能夠控制疾病。它並沒有完全消失。但腫脹大大減少,軟骨損傷最小化,」他說。

該團隊希望有一天能夠在臨床試驗中看到他們的工作。