Naukowcy zgłosili, że rozwikłali rozpoznawanie immunologiczne nanocząstek kwasu nukleinowego

Anonim

Szeroko zakrojony eksperyment testujący efekty immunologiczne szerokiej grupy zaprojektowanych laboratoryjnie nanocząstek kwasu nukleinowego nie wykazał silnej, jednolitej odpowiedzi immunologicznej, jak przewidywano. Zamiast tego testy wykazały zróżnicowane i specyficzne odpowiedzi różnych komórek odpornościowych, w zależności od kształtu i postaci każdej cząstki, co może zachęcić do dalszych badań nad zastosowaniem terapeutycznym cząstek.

Ponadto, naukowcy uważają, że mogli odkryć "pomocniczy" system do zarządzania odpowiedzią immunologiczną - molekularny "alfabet" do komunikowania się z ludzkim układem odpornościowym.

Odkrycia zostały niedawno opublikowane przez Enping Hong, Ankit Shah i Marina Dobrovolskaia z Frederick Laboratory for Cancer Research, Emila Khisamutdinova z Ball State University i Justina Halmana oraz Kirilla Afonina z University of North Carolina w Charlotte w czasopiśmie Nano Letters.

Pomysł ten istnieje już od jakiegoś czasu, ponieważ wybrane segmenty RNA lub DNA można wykorzystać terapeutycznie terapeutyczne kwasy nukleinowe - aby wpływać na funkcje genów lub komórek. Niestety, w badaniach klinicznych większość proponowanych cząsteczek terapeutycznych wykazała ekstremalne działanie uboczne - prowokowały one silną, często śmiertelną reakcję komórek odpornościowych organizmu ludzkiego.

Niedawno nanotechnologowie zaproponowali zaprojektowanie samoorganizujących się nanocząstek z potencjalnie terapeutycznymi sekwencjami RNA lub DNA, łącząc wpływ kilku sekwencji na celowany lek, dając wiele efektów w pojedynczej cząstce, ukształtowanych w różne designerskie formy - kwadraty, trójkąty, sześciany i inne struktury. Te potencjalnie potężne cząsteczki terapeutyczne były jednak powolne do testowania, ponieważ naukowcy wysunęli hipotezę, że prawdopodobnie mają takie same "działanie immunotoksyczne" jak naturalne fragmenty kwasu nukleinowego.

Jednak niektórzy nanonaukowcy kwestionowali, czy przewidywane reakcje immunologiczne z konieczności wystąpią z powodu złożoności rozpoznawania układu odpornościowego i unikalnych właściwości powstałych w wyniku połączenia tradycyjnych materiałów w nanocząsteczki o różnych kształtach i strukturach.

"Nawet jeśli nanocząsteczki kwasów nukleinowych składają się ze składników o znanej toksyczności immunologicznej, po ich połączeniu i przeformułowaniu, nanoformulacja staje się zupełnie inną bestią" - powiedział Afonin, jeden z autorów artykułu.

"Nasze odkrycia pokazały, że chociaż niektóre prognozy były poprawne, wiele z nich było całkowicie błędnych" - zauważył Afonin. "Nie można przewidzieć immunotoksyczności nanocząstek kwasu nukleinowego wyłącznie poprzez analizę odpowiedzi na naturalnie wytwarzane DNA i RNA. Otrzymaliśmy nieoczekiwane wyniki."

Aby przetestować immunotoksyczność cząsteczek i być może znaleźć wskazówki dotyczące mechanizmów zaangażowanych w odpowiedź komórek immunologicznych, Afonin i jego współpracownicy wybrali "bibliotekę" 25 różnych nanocząsteczek kwasu nukleinowego DNA lub RNA zaprojektowanych przez naukowców w terenie, starannie dobranych pod adres " wszystkie możliwe powiązania między ich właściwościami molekularnymi a reakcjami immunologicznymi. Biblioteka zawierała reprezentatywne próbki cząstek płaskich, kulistych i włóknistych (łańcuchowych) o różnych rozmiarach i masach cząsteczkowych, a także różniących się różnymi krytycznymi cechami chemicznymi. Cząstki zostały wprowadzone do komórek odpornościowych (jednojądrzastych komórek krwi obwodowej) z krwi 60 unikalnych ludzkich dawców i monitorowane pod kątem produkcji 29 różnych cytokin.

Szczegóły odkrycia ujawniały immunotoksyczność cząstek, ponieważ odpowiedź immunologiczna była różna. Jednak wyniki ujawniły również informacje dotyczące specyficznego zachowania różnych komórek odpornościowych.

Podstawowym odkryciem było to, że "nagie" nanocząsteczki kwasu nukleinowego (niezwiązane z innymi cząsteczkami biologicznymi) nie spowodowały wcale żadnej odpowiedzi immunologicznej - ponieważ zespół odkrył, w przeciwieństwie do naturalnie występujących fragmentów DNA lub RNA, że skonstruowane cząsteczki nie mogły dostać się do żadnej komórki odpornościowej bez jakieś molekuły "nośnikowe", które pozwoliły na ich wejście. Skutecznie, zwykłe nanocząsteczki kwasu nukleinowego są "niewidoczne" dla ludzkiego układu odpornościowego.

Jednak gdy naukowcy spodziewali się, że cząsteczki zostaną połączone w parę z cząsteczkami nośnika, będą mogły wejść do komórek i wywołać wyraźne reakcje. "Pytanie brzmi, kiedy wysyłamy tę cząsteczkę do ludzkiej komórki, co robi komórka, szczególnie komórka odpornościowa?" Afonin zastanawiał się. "Czy widzi konkretny kształt jako zagrożenie?"

Wyniki pokazują, że rozmiar, kształt, struktura trójwymiarowa (sześciany, na przykład w porównaniu z płaskimi kwadratami), skład DNA lub RNA oraz chemiczny charakter składania cząstek ("łączność") miały wyraźny wpływ na odpowiedź immunologiczna, na którą odpowiedziały komórki odpornościowe.

Wśród odkrytych szczegółów było odkrycie, że cząstki składające się z DNA mają tendencję do powodowania mniejszej odpowiedzi immunologicznej niż te RNA. Pierścienie RNA (płaskie struktury) i włókna RNA powodowały mniejszą odpowiedź immunologiczną niż kostki RNA (struktury kuliste). Bardziej szczegółowo, kostki DNA indukowały produkcję cytokin interferonów typu I alfa i omega, ale tylko kostki RNA mogły indukować interferon-beta typu I lub interferon-lambda typu III. Różne wytwarzane cytokiny wskazywały, że różnice w cząstkach miały selektywny wpływ na ten typ komórek odpornościowych, na które wpływają.

Chociaż odkrycia mają znaczenie naukowe, naukowcy podkreślają, że nowe informacje mają wpływ na przyszłe zastosowania praktyczne.

"Nasze odkrycia podkreślają kluczowe parametry, które informują o interakcji nanocząstek kwasów nukleinowych z układem odpornościowym" - stwierdza gazeta. "Te nowe spostrzeżenia ulepszają obecne właściwości immunostymulujące nanocząstek kwasu nukleinowego i otwierają drogę do rozwoju nowego pomocniczego języka molekularnego, który można wyrazić za pomocą skryptu racjonalnie zaprojektowanych nanocząstek kwasu nukleinowego."

"Mamy alfabet do bezpośredniej komunikacji z układem odpornościowym", powiedział Afonin. "Teraz musimy wymyślić składnię tego nowego języka, jak zestawić te litery w słowa, połączyć zdania, połączyć je w akapity i ostatecznie, jak napisać opowiadanie, ale teraz mamy alfabet - to dopiero początek, ale myślę, że to podstawowa praca. "

Afonin wskazuje, że "alfabet", który opisuje odpowiedź immunologiczną na konkretne projekty cząsteczkowe, może oczywiście być użyteczny do unikania niepożądanych reakcji, ale ma większy potencjał w sytuacjach, w których pożądana jest reakcja (na przykład w przypadku szczepionek) i nadal więcej możliwości, gdy leczenie wymaga specyficznego powiadamiania, aby wywołać bardzo specyficzną odpowiedź immunologiczną.

"Jeśli chcesz dostarczyć lek, możesz chcieć, aby nosiciel był nieimmunogenny." Możemy powiedzieć dokładnie, jaką cząsteczkę można użyć do tego celu "- powiedział. "Ale jeśli chcesz stymulować odpowiedź immunologiczną, na przykład aby uaktywnić układ odpornościowy przeciwko rakowi … wtedy możesz użyć pewnych cząstek, które będą aktywować odpowiedź immunologiczną, ale unikniesz zapalenia." Możemy wytwarzać interferony, ale nie cytokiny zapalne, dla przykład.

"To jak strzelanie" - wyjaśnił. "Będziesz strzelał do konkretnej cytokiny, bez dotykania innych.To jest jak litera lub słowo, takie jak wiadomość tekstowa, którą wysyłamy do układu odpornościowego.. Układ odpornościowy odczyta twoją wiadomość i SMS z powrotem z interferonem."

menu
menu