Nieuw geïdentificeerde subgroep van neutrofielen is een veelbelovend therapeutisch doelwit voor ontstekingsziekten

Intensiteiten van eiwitexpressie van markers worden weergegeven op de viSNE-kaart als spectrumgekleurde stippen, met laag in blauw, hoog in rood. Krediet: Bachmaier, et al. ACS Nano

Met behulp van een eiwit-nanodeeltje dat ze ontwierpen, hebben wetenschappers van de Universiteit van Illinois Chicago twee verschillende subtypes van neutrofielen geïdentificeerd en ontdekten dat een van de subtypes kan worden gebruikt als medicijndoelwit voor ontstekingsziekten.

Neutrofielen zijn een soort witte bloedcellen die helpen bij het bestrijden van infecties, het verwijderen van dode celresten en het genezen van weefselbeschadiging. Maar voor mensen met gezondheidsproblemen veroorzaakt door chronische ontstekingen, zoals artritis of de ziekte van Crohn, of overmatige ontstekingen, zoals sepsis, kan de rol van neutrofielen schadelijk zijn. In onderzoek is beschreven dat neutrofielen ook bijdragen aan weefselbeschadiging – het tweesnijdende zwaard van ontsteking. Helaas onderdrukken de huidige medicijnen voor ontstekingsziekten die gericht zijn op neutrofielen al hun effecten, inclusief hun anti-infectie- en helende functies.

Het UIC-team is de eerste die neutrofielen karakteriseert in twee subsets.

“Het begrijpen van de verschillen tussen deze subgroepen van neutrofielen opent de deur voor meer onderzoek naar behandelingen die ontstekingsziekten aanpakken zonder het risico op infecties van patiënten te vergroten”, zegt studieauteur Kurt Bachmaier, assistent-professor in de afdeling farmacologie en regeneratieve geneeskunde aan het College of Medicine , die het onderzoek leidde.

Bachmaier en zijn collega’s gebruikten eerst het nanodeeltjesplatform, samengesteld uit een eiwit genaamd albumine, om te analyseren hoe neutrofielen uit beenmerg, bloed en milt- en longweefsels interageren met het nanodeeltje. Ze ontdekten dat sommige neutrofielen het albumine-nanodeeltje in de cel brachten via een proces dat endocytose wordt genoemd, terwijl andere dat niet deden.

De wetenschappers bestempelden het subtype dat het nanodeeltje gemakkelijk endocytoseerde als ANP-hoog, voor albumine-nanodeeltje hoog. De neutrofielen die het albumine-nanodeeltje niet absorbeerden, werden gelabeld als ANP-laag.

Nader onderzoek met het albumine-nanodeeltje toonde aan dat de subtypes verschillende celoppervlakreceptoren hebben en dat ze functioneel verschillend zijn in hun nuttige capaciteiten om bacteriën te doden en hun schadelijke potentieel om ontstekingen te bevorderen. ANP-hoge neutrofielen hielpen niet om bacteriën te doden, maar produceerden buitensporige hoeveelheden reactieve zuurstofsoorten en inflammatoire chemokinen en cytokinen, die bijdragen aan ontstekingsziekte.

Omdat de ANP-hoge neutrofielen ook degenen zijn die het nanodeeltje hebben gevangen, voerden de wetenschappers slimme experimenten uit met behulp van het albumine-nanodeeltje om medicamenteuze behandelingen af ​​te leveren. Ze vulden het nanodeeltje met een ontstekingsremmend medicijn en dienden het toe aan muizen met sepsis. Ze ontdekten dat de muizen die werden behandeld met het met medicijnen beladen nanodeeltje minder tekenen van weefselontsteking hadden, maar dat de neutrofiele gastheerafweer behouden was.

“Het albumine-nanodeeltje, dat gevuld was met het medicijn, bond zich specifiek aan ANP-hoge neutrofielen en laadde hun lading in de cel, waardoor het op zijn spoor kwam”, zei Bachmaier. “We vonden ANP-hoge neutrofielen, niet alleen bij muizen, maar ook bij mensen, wat de mogelijkheid opent voor neutrofiele subset-specifieke gerichte therapie voor menselijke ontstekingsziekten.”

“Wetenschap kan een beetje als magie zijn – door ons alleen te richten op de ANP-hoge neutrofielen, stopten we de oncontroleerbare ontsteking terwijl we de bacteriebestrijdende ontsteking van deze Janus-achtige cellen behouden”, zegt senior auteur Asrar Malik, Schweppe Family Distinguished Professor en hoofd van de afdeling farmacologie en regeneratieve geneeskunde.

Deze bevindingen worden gerapporteerd in het artikel “Albumin Nanoparticle Endocytosing Subset of Neutrophils for Precision Therapeutic Targeting of Inflammatory Tissue Injury”, dat is gepubliceerd in ACS Nanoeen wetenschappelijke publicatie van de American Chemical Society en het primaire tijdschrift voor nanotechnologie.

Co-auteurs van het artikel zijn Andrew Stuart, Amitabha Mukhopadhyay, Sreeparna Chakraborty, Zhigang Hong, Li Wang, Yoshikazu Tsukasaki, Mark Maienschein-Cline, Balaji Ganesh, Prasad Kanteti en Jalees Rehman.