Kleine belletjes kunnen geheimen van immuuncellen onthullen en behandelingen verbeteren

Macrofagen zijn cellen die van vitaal belang zijn voor het immuunsysteem en zouden mogelijk celgebaseerde therapieën voor een verscheidenheid aan medische aandoeningen kunnen vormen. Het realiseren van het volledige potentieel van macrofaagtherapieën hangt echter af van de mogelijkheid om te zien wat deze cellulaire bondgenoten in ons lichaam doen, en een team van Penn State-onderzoekers heeft mogelijk een manier ontwikkeld om te zien hoe ze hun ding doen.

In een studie gepubliceerd in het tijdschrift KleinOnderzoekers van Penn State rapporteren een nieuwe ultrasone beeldvormingstechniek om macrofagen continu in zoogdierweefsel te bekijken, met potentieel voor menselijke toepassing in de toekomst.

“Een macrofaag is een type immuuncel die belangrijk is in bijna elke functie van het immuunsysteem, van het detecteren en opruimen van ziekteverwekkers tot wondgenezing”, zegt corresponderende auteur Scott Medina, William en Wendy Korb Early Career Associate Professor of Biomedical Engineering.

“Het is een onderdeel van het immuunsysteem dat de twee soorten immuniteit echt overbrugt: aangeboren immuniteit, die heel snel op dingen reageert, maar op een niet erg precieze manier, en adaptieve immuniteit, die veel langzamer online komt maar reageert op een bepaalde manier. veel preciezere manier.”

Macrofagen reguleren deze twee takken van de menselijke immuunrespons en helpen ons lichaam met functies zoals het bestrijden van infecties en weefselregeneratie. Aan de andere kant helpen ze ook bij het bemiddelen van ontstekingen die verband houden met verwondingen en ziekten zoals diabetes en reumatoïde artritis.

Volgens Medina zouden deze cellen kunnen worden benut en toegepast in therapieën die patiënten met aandoeningen zoals kanker, auto-immuunziekten, infecties en beschadigd weefsel zouden kunnen helpen. Dergelijke therapieën zouden het isoleren, modificeren en/of manipuleren van macrofagen omvatten om hun eigenschappen te verbeteren om ziekten te bestrijden, immuunreacties onder controle te houden en weefselherstel te bevorderen.

“Als we in realtime konden visualiseren wat deze cellen in het lichaam doen, zouden we veel kunnen leren over hoe ziekten zich ontwikkelen en hoe genezing plaatsvindt,” zei Medina. “Dit zou ons een beeld geven van wat de cellen in het lichaam doen, omdat we ons op dit moment eigenlijk beperkt tot het uit het lichaam halen van de cellen en zien wat ze doen in een petrischaaltje, wat niet de bedoeling zal zijn.” hetzelfde gedrag dat we in het lichaam zien.”

De onderzoekers wendden zich tot echografie, een veelgebruikte techniek om de interne weefsels van het lichaam te zien. Met alleen echografie gaan macrofagen echter op in hun collega-cellen.

“Macrofagen zijn in principe onzichtbaar tijdens echografie, omdat je niet kunt onderscheiden waar de cellen zich bevinden ten opzichte van alle andere cellen in ons weefsel,” zei Medina. “Ze gedragen zich allemaal hetzelfde, zodat je specifieke cellen niet echt kunt zien. We moesten een zogenaamde contrastagent creëren, iets waarmee onze interessante cellen konden worden gelabeld en dat dan een beeldcontrast zou opleveren dat anders zou zijn dan de achtergrond. En dat is waar deze nano-emulsies in beeld kwamen.”

Veel thuiskoks kennen emulsies als een mengsel van oliedruppeltjes gesuspendeerd in een vloeistof zoals azijn of water om saladedressing te maken; Er is sprake van een nano-emulsie als de oliedruppeltjes klein zijn, slechts een nanometer in diameter.

De onderzoekers gebruikten nano-emulsies om veerkrachtiger bellen te creëren. Gasbellen reflecteren de geluidsgolven van een echografie zeer efficiënt; Als iemand echter belletjes in het lichaam van een patiënt injecteert, werken deze niet zo goed omdat ze relatief snel barsten.

“We hadden een manier nodig om belletjes te laten vormen wanneer we willen dat ze zich precies op het moment van de beeldvorming vormen en niet eerder, en ook om deze belletjes zo lang mogelijk te laten voortduren”, zegt Inhye Kim, postdoctoraal onderzoeker in de biomedische sector. engineering en hoofdauteur van het onderzoek.

De onderzoekers introduceerden nano-emulsiedruppeltjes in de cellen, waardoor ze werden geïnternaliseerd. Onder echografie ondergingen de druppeltjes vervolgens een faseverandering en veranderden ze in een gas en dus in een bel. De druk van de ultrasone golven vergemakkelijkte deze verandering, waarbij de druppel werd geduwd en getrokken terwijl de golf oscilleerde en druk gebruikt om de druppel te dwingen te koken, waardoor deze verdampte en in een gasbel veranderde.

“Het is vergelijkbaar met hoe water kookt bij een lagere temperatuur op een grotere hoogte, bijvoorbeeld in Colorado, omdat er minder druk is die verhindert dat het kookt,” zei Medina. “We gebruiken de druk die we via ultrageluid op die druppel uitoefenen om hem effectief aan de kook te krijgen wanneer we willen dat hij kookt, zodat hij verdampt en de vorming van deze gasbel veroorzaakt.”

Ze testten deze nieuwe techniek in een monster van varkensweefsel en ontdekten dat de beeldvorming van de macrofagen werkte. De aanpak stelt onderzoekers in staat om op een continue manier te zien wat immuuncellen in het lichaam doen, waardoor een beter begrip ontstaat van hoe het immuunsysteem wordt gereguleerd en wat zijn rol is bij het bestrijden van ziekten, aldus Medina. Daarnaast kan het, zo merkte Kim op, ook helpen bij het ontwikkelen van betere immuunceltherapieën voor patiënten in de toekomst.

“Voor een patiënt met een tumor zou dit onderzoek bijvoorbeeld de ontwikkeling van een macrofaagceltherapie mogelijk kunnen maken die effectiever is en minder en minder ernstige bijwerkingen heeft”, aldus Kim.

Volgende stappen in het onderzoek zijn onder meer het onderzoeken van de mogelijkheid om deze techniek te gebruiken voor andere vormen van visualisatie van immuuncellen in het menselijk lichaam, of om de opbouw van plaque in slagaders te monitoren. Bovendien zijn de onderzoekers op zoek naar medewerkers om de techniek te bevorderen.

“We hopen samen te werken met anderen in immunologisch onderzoek die specifieke interesses hebben en deze technologie mogelijk nuttig vinden, dus we staan ​​zeker open voor verdere samenwerkingen en toepassingen”, aldus Medina.