Investigadores desarrollan un diseño estructural de nanopartículas para atacar los glóbulos blancos responsables de la inflamación pulmonar aguda

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La pandemia de COVID-19 destacó el impacto devastador de la inflamación pulmonar aguda (ALI), que es parte del síndrome de dificultad respiratoria aguda (SDRA), que es la principal causa de muerte por COVID-19. Una nueva vía potencial para el diagnóstico y tratamiento del SDRA proviene del estudio de cómo los neutrófilos, los glóbulos blancos responsables de detectar y eliminar partículas dañinas en el cuerpo, diferencian los materiales que se absorben de la estructura superficial del material y favorecen la absorción de partículas que muestran «agregación de proteínas», según una nueva investigación de la Escuela de Medicina Perelman de la Universidad de Pensilvania. Los resultados se publican en Nanotecnología de la naturaleza.

Los investigadores investigaron cómo los neutrófilos pueden diferenciar entre las bacterias que se van a destruir y otros compuestos en el torrente sanguíneo, como las partículas de colesterol. Probaron una biblioteca de 23 nanopartículas diferentes basadas en proteínas en ratones con ALI que reveló un conjunto de «reglas» que predicen la absorción por los neutrófilos. Los neutrófilos no absorben partículas rígidas y simétricas, como los virus, pero sí absorben partículas que han mostrado «agregación de proteínas», lo que los investigadores denominan nanopartículas de proteínas aglutinadas (NAP).

«Queremos utilizar la función existente de los neutrófilos que identifica y elimina a los invasores para informar cómo diseñar una nanopartícula de ‘caballo de Troya’ que los neutrófilos hiperactivos absorberán y proporcionarán curas para aliviar la ALI y el SDRA», dijo el autor principal del estudio. Jacob Myerson, PhD, investigador postdoctoral en el Departamento de Farmacología de Sistemas y Terapia Traslacional. «Sin embargo, para construir este sistema de administración de ‘caballo de Troya’, tuvimos que determinar cómo los neutrófilos identifican las partículas en la sangre que deben ser absorbidas».

La LPA y el SDRA son formas de insuficiencia respiratoria potencialmente mortales con altas tasas de morbilidad y mortalidad. Antes del COVID-19, había 190,000 casos anuales de SDRA en los Estados Unidos y 75,000 muertes, con SDRA causado por neumonía, sepsis y trauma. Sin embargo, COVID ha aumentado millones de casos de SDRA. Cuando ocurre ALI o SDRA, los sacos de aire de los pulmones reclutan neutrófilos hacia los pulmones para eliminar los microbios circulantes. Este proceso hace que los neutrófilos liberen compuestos que agravan aún más el daño pulmonar y dañan los sacos de aire, por lo que los pacientes desarrollan niveles bajos de oxígeno en sangre. Desafortunadamente, a pesar de la gravedad de la ALI / SDRA, no existe un fármaco eficaz para controlarla y el tratamiento actualmente se centra en ayudar a los pacientes mientras los pulmones se curan de forma natural, pero lenta.

Para abordar el SDRA y otros problemas médicos, los investigadores de Penn y otros lugares han utilizado nanopartículas para concentrar medicamentos en órganos lesionados o enfermos. Estas nanopartículas también se utilizan para terapia génica e inmunoterapia.

Los investigadores señalan que, si bien el desarrollo de terapias viables para ALI / SDRA que usan nanopartículas para administrar tratamientos a través de neutrófilos está muy lejos, esta investigación representa un paso significativo en la comprensión de la condición y función del sistema inmunológico.

«Ahora que hemos determinado que los neutrófilos patrullan las nanopartículas con proteínas aglutinadas, nuestro siguiente paso es comprender cómo y por qué otros microbios, como los virus, que son rígidos y simétricos, han evolucionado para evadir a los neutrófilos», dijo. , MD, PhD, profesor asociado de medicina pulmonar en la división de neumología, alergia y cuidados intensivos. «Con este conocimiento, podemos continuar utilizando esta combinación única de ciencia e ingeniería de materiales para crear terapias específicas para enfermedades que se dirigen a condiciones más avanzadas y complicadas».

La investigación fue financiada por los Institutos Nacionales de Salud (R01 HL125462).

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