Μικρά συνθετικά σωματίδια γνωστά ως δενδριμερή αποφεύγουν την ανίχνευση από το ανοσολογικό μας σύστημα και θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην ανάπτυξη ενός νέου τρόπου παράδοσης φαρμάκων μέσα στο σώμα χωρίς να πυροδοτούν αντίδραση.
Η νέα έρευνα από τον Καθηγητή Moein Moghimi, Καθηγητή Φαρμακευτικής και Νανοιατρικής της Φαρμακευτικής Σχολής του Πανεπιστημίου του Newcastle, στο Ηνωμένο Βασίλειο, σε συνεργασία με διεθνείς συναδέλφους δημοσιεύτηκε στο Nature Communications και παράλληλα στο συνοδό Nature Health Blog.
Το δενδριμερές είναι ένα συνθετικό μόριο με πλοκάμια τα οποία διακλαδίζονται προς τα έξω σε μια άκρως συμμετρική κατασκευή γύρω από ένα κεντρικό πυρήνα. Η έρευνα περιγράφει πως τα πλοκάμια των δενδριμερών διατάσσονται απίστευτα κοντά το ένα με το άλλο – λιγότερο από ένα νανόμετρο (ένα δισεκατομμυριοστό του μέτρου) χωριστά το ένα από το άλλο – αποφεύγοντας την ανίχνευση τους από το σύστημα του συμπληρώματος, που είναι τμήμα του ανοσολογικού μας συστήματος.
Το ανοσολογικό μας σύστημα είναι εξοπλισμένο με πολλά εργαλεία για να αναγνωρίζει και να εξουδετερώνει εισβολείς. Για παράδειγμα, το αίμα μας περιέχει αισθητήρες που ανήκουν σε μια οικογένεια του αμυντικού μας συστήματος γνωστής ως «το σύστημα του συμπληρώματος», το οποίο αναγνωρίζει μοναδικά μοτίβα που εμφανίζουν εισβολείς όπως τα βακτήρια και οι ιοί. Σύνδεση αυτών των αισθητήρων του αίματος με τους παθογόνους μικροοργανισμούς θέτει σε συναγερμό το ανοσολογικό μας σύστημα και πυροδοτεί μια ανοσολογική απόκριση. Αυτοί οι αισθητήρες ονομάζονται μόρια «αναγνώρισης μοτίβων του συμπληρώματος (ΑΜΣ)».
Τα μόρια ΑΜΣ μπορούν να ανιχνεύουν επιφανειακά μοτίβα τα οποία επαναλαμβάνονται κανονικά πολύ κοντά το ένα στο άλλο, για παράδειγμα μεταξύ 2–15 νανόμετρα – μια απόσταση, η οποία είναι τουλάχιστον 5.000 φορές λεπτότερη από το πάχος ενός απλού φύλλου χαρτιού.
Η διεθνής ομάδα ανακάλυψε όμως ότι τα μόρια ΑΜΣ δεν μπορούν να ανιχνεύσουν επαναλαμβανόμενα μοτίβα που είναι πιο κοντά το ένα στο άλλο, για παράδειγμα, στο 1 νανόμετρο ή λιγότερο.
Στο νανοεπίπεδο, η ομάδα ανέπτυξε μικροσκοπικά σωματίδια γνωστά ως δενδριμερή τα οποία έχουν σχήμα σαν δένδρα με πολλά κλαδιά – ή μικροσκοπικά πλοκάμια. Ο αριθμός των πλοκαμιών αυτών αυξάνει εκθετικά με το μέγεθος των δενδριμερών και τα πλοκάμια είναι τοποθετημένα λιγότερο από 1 νανόμετρο το ένα από το άλλο. Τα άκρα των πλοκαμιών αυτών είναι εκεί που εμφανίζονται τα κανονικά μοτίβα. Αναλόγως της χημικής δομής αυτών των μοτίβων, βρήκαν ότι αυτά τα δενδριμερή μπορούν να διαφύγουν την ανίχνευση από τα ραντάρ των μορίων ΑΜΣ.
Ο Καθηγητής Moein Moghimi εξηγεί: «Αυτή η ανακάλυψη δείχνει ότι μπορούμε να αναπτύξουμε συγκεκριμένα δενδριμερή ως μικροσκοπικούς μεταφορείς για να εισάγουμε φάρμακα στο σώμα χωρίς να πυροδοτήσουμε το ανοσολογικό μας σύστημα. Ενεργοποίηση του συστήματος του συμπληρώματος όπως και οι αμυντικοί μηχανισμοί του ανοσολογικού μας συστήματος μπορούν κάποιες φορές να καταλήξουν σε φλεγμονή και μπορεί επίσης να προκαλέσουν αναφυλακτικές αντιδράσεις. Ένα παράδειγμα είναι η αναφυλαξία που έχουμε δεί σε κάποιους λήπτες των εμβολίων COVID-19, τα οποία χρησιμοποιούν μικρά λιπιδικά σωματίδια, ενώ με τα δενδριμερή θα μπορούσαμε να αποφύγουμε αυτές τις παρενέργειες.»
Αποφεύγοντας να πυροδοτήσουμε το ανοσολογικό μας σύστημα
«Τα δενδριμερή μας προσφέρουν την δυνατότητα να παραδώσουμε φάρμακα σε παθολογικές εστίες όπου η φλεγμονή είναι ένα μείζον πρόβλημα όπως σε καταστάσεις σαν την αθηροσκλήρωση, τον καρκίνο, την εκφύλιση της ωχράς κηλίδας, και την ρευματοειδή αρθρίτιδα,» είπε ο Παναγιώτης Ν. Τροχόπουλος, Καρδιολόγος και Διευθυντής της CosmoPHOS Ltd (Θεσσαλονίκη, Ελλάς), ένας από τους συγγραφείς του άρθρου.
«Αυτό θα επέτρεπε στις ιατρικές ομάδες να θεραπεύουν αυτές τις καταστάσεις χωρίς να πυροδοτούν το ανοσολογικό σύστημα του ασθενούς. Αυτός είναι ο λόγος που επιλέξαμε τα δενδριμερή σε μια μελέτη για την θεραπεία της αθηροσκλήρωσης που βρίσκεται σε εξέλιξη,» είπε ο Καρδιολόγος Παναγιώτης Ν. Τροχόπουλος.
Η ομάδα προτείνει ότι επειδή αυτά τα δενδριμερή που αποφεύγουν το συμπλήρωμα είναι τόσο μικροσκοπικά θα μπορούσαν επίσης να χρησιμοποιηθούν για να καμουφλάρουν επιφάνειες εμφυτευμάτων και πολλών βιοιατρικών συσκευών όπως τα καρδιαγγειακά στέντς, προστατεύοντάς τα εναντίον της επίθεσης από το σύστημα του συμπληρώματος.
Οι ερευνητές επίσης λένε ότι αυτά τα ευρήματα προτείνουν ότι μερικά πολύ επικίνδυνα βακτήρια και ιοί μπορεί να εκμεταλλεύονται μοτίβα για να διαφύγουν από το ανοσολογικό μας σύστημα. Για παράδειγμα, μπορεί να είναι δυνατόν αυτοί οι παθογόνοι μικροοργανισμοί να παρουσιάζουν επιφανειακά μοτίβα με περιοδικότητα μικρότερη από 1 νανόμετρο το ένα από το άλλο προκειμένου να διαφύγουν από τα ραντάρ του συστήματος του συμπληρώματος και να επιβιώσουν μέσα στον ξενιστή.
Τέλος, η ομάδα βρήκε επίσης ότι ένας ιδιαίτερος τύπος δενδριμερών (αυτά τα οποία φέρουν αμινο-ομάδες στα πλοκάμια τους) επιβιβάζονται σε ένα ανοσολογικό μόριο που αποκαλείται ανοσοσφαιρίνη Μ (IgM). «Με αυτά τα δενδριμερή η βόλτα δεν ήταν δωρεάν· πηδώντας στην IgM τροποποίησαν την δομή της και αυτό πυροδότησε την απόκριση του συμπληρώματος,» είπε ο Καθηγητής Moghimi.
Η διεπιστημονική ομάδα σκοπεύει να αναπτύξει την εργασία της περαιτέρω εξετάζοντας την δυνατότητα για παράδοση φαρμάκων, σχεδιασμό εμβολίων, και βιο-μηχανική συσκευών, όπως και την βασική κατανόηση της διαφυγής των μικροοργανισμών από το ανοσολογικό μας σύστημα.
Βιβλιογραφική αναφορά:
Dendrimer end-terminal motif-dependent evasion of human complement and complement activation through IgM hitchhiking. Lin-Ping Wu, Mario Ficker, Jørn B. Christensen, Dmitri Simberg, Panagiotis N. Trohopoulos & Seyed M. Moghimi. Nat Commun. https://doi.org/10.1038/s41467-021-24960-6
Nature Health Blog:
