Pesquisadores da Northwestern University desenvolveram a primeira terapia seletiva para prevenir reações alérgicas, que podem variar em gravidade, desde urticária e olhos lacrimejantes até dificuldade para respirar e até morte.



Para desenvolver a nova terapia, os pesquisadores decoraram nanopartículas com anticorpos capazes de desativar células imunológicas específicas (chamadas mastócitos) responsáveis ​​pelas respostas alérgicas. A nanopartícula também carrega um alérgeno que corresponde à alergia específica do paciente. Se uma pessoa é alérgica a amendoim, por exemplo, então a nanopartícula carrega uma proteína de amendoim.

Nesta abordagem em duas etapas, o alérgeno envolve os mastócitos precisos responsáveis ​​pela alergia específica e, em seguida, os anticorpos desligam apenas essas células. Esta abordagem altamente direcionada permite que a terapia previna seletivamente alergias específicas sem suprimir todo o sistema imunológico.

Num estudo com ratos, a terapia demonstrou 100% de sucesso na prevenção de respostas alérgicas sem causar efeitos secundários visíveis.

A pesquisa foi publicada hoje (16 de janeiro) na revista Nature Nanotechnology . Marca a primeira nanoterapia para inibir mastócitos, evitando assim uma resposta alérgica a um alérgeno específico.

"Atualmente, não existem métodos disponíveis para atingir especificamente os mastócitos", disse Evan A. Scott, da Northwestern, que liderou o estudo. “Tudo o que temos são medicamentos como anti-histamínicos para tratar os sintomas, e eles não previnem alergias. Eles neutralizam os efeitos das histaminas depois que os mastócitos já foram ativados.

“Se tivéssemos uma maneira de inativar os mastócitos que respondem a alérgenos específicos, poderíamos interromper respostas imunológicas perigosas em situações graves, como anafilaxia, bem como respostas menos graves, como alergias sazonais”.

“A maior necessidade não atendida é a anafilaxia, que pode ser fatal”, disse o Dr. Bruce Bochner, especialista em alergia e coautor do estudo, da Northwestern. "Certas formas de imunoterapia oral podem ser úteis em alguns casos, mas atualmente não temos nenhuma opção de tratamento aprovada pela FDA que previna consistentemente tais reações, a não ser evitar o alimento ou agente agressor. Caso contrário, tratamentos como a epinefrina são administrados para tratar doenças graves. reações - não preveni-las.

“Não seria ótimo se houvesse um tratamento seguro e eficaz para alergia alimentar que tornasse consistentemente possível reintroduzir na dieta um alimento que você costumava evitar estritamente?”

Scott é professor Kay Davis de Engenharia Biomédica na McCormick School of Engineering da Northwestern e membro do Simpson Querrey Institute for BioNanotechnology e do International Institute for Nanotechnology. Bochner é Professor Emérito de Medicina Samuel M. Feinberg (alergia e imunologia) na Escola de Medicina Feinberg da Northwestern University.

O primeiro autor do artigo é Fanfan Du, um pós-doutorado no laboratório de Scott, que trabalhou em estreita colaboração com os co-autores Clayton Rische, um Ph.D. candidato coorientado por Bochner e Scott, e Yang Li, Ph.D. candidato no laboratório Scott.

Alvo complicado

Localizados em quase todos os tecidos do corpo humano, os mastócitos são mais conhecidos por serem os principais responsáveis ​​pelas respostas alérgicas. Mas também desempenham vários outros papéis importantes, incluindo a regulação do fluxo sanguíneo e o combate a parasitas. Portanto, eliminar totalmente os mastócitos para prevenir reações alérgicas pode prejudicar outras respostas úteis e saudáveis.

“Embora alguns medicamentos estejam em desenvolvimento, atualmente não existem medicamentos aprovados pela FDA que inibam ou eliminem os mastócitos”, disse Bochner. “Isso tem sido difícil principalmente porque os medicamentos que podem afetar a ativação ou a sobrevivência dos mastócitos também têm como alvo outras células além dos mastócitos e, portanto, tendem a ter efeitos colaterais indesejados devido a influências em outras células”.

Em trabalhos anteriores, Bochner identificou o Siglec-6, um receptor inibitório único que é encontrado altamente e seletivamente nos mastócitos. Se os pesquisadores pudessem atingir esse receptor com um anticorpo, então poderiam inibir seletivamente os mastócitos para prevenir alergias. Mas a introdução deste anticorpo por si só foi insuficiente.

“Foi difícil conseguir uma concentração suficientemente alta do anticorpo para surtir efeito”, disse Scott. "Nós nos perguntamos se poderíamos aumentar essa concentração usando uma nanopartícula. Se pudéssemos empacotar uma alta densidade de anticorpos em uma nanopartícula, poderíamos torná-la prática para uso."

Colar anticorpos em uma partícula

Para empacotar os anticorpos em uma nanopartícula, Scott e sua equipe tiveram que superar outro desafio. Para que as proteínas (como os anticorpos) se adiram a uma nanopartícula, normalmente devem formar uma ligação química que desdobra (ou desnatura) a proteína, afetando a sua atividade biológica. Para contornar esse desafio, Scott recorreu a uma nanopartícula desenvolvida anteriormente em seu laboratório.

Ao contrário das nanopartículas mais padrão que possuem superfícies estáveis, a nanopartícula recentemente desenvolvida por Scott compreende cadeias poliméricas dinâmicas, que podem inverter independentemente sua orientação após exposição a diferentes solventes e proteínas. Quando colocadas em soluções líquidas, as cadeias se orientam para alcançar interações eletrostáticas favoráveis ​​com as moléculas de água.

Mas quando uma proteína toca a superfície da nanopartícula, as minúsculas cadeias poliméricas específicas na interface mudam suas orientações para segurar a proteína de maneira estável, sem se ligarem covalentemente a ela. A equipe de Scott também descobriu que bolsas repelentes de água nas superfícies das proteínas eram fundamentais para a interação estável.

Ao se ligarem a superfícies, as proteínas normalmente desnaturam, perdendo sua bioatividade. Um aspecto único das nanopartículas de Scott é que elas podem ligar-se de forma estável a enzimas e anticorpos, mantendo sua estrutura 3D e funções biológicas. Isto significa que os anticorpos anti-Siglec-6 mantiveram a sua forte afinidade pelos receptores dos mastócitos – mesmo quando ligados às superfícies das nanopartículas.

"Esta é uma superfície dinâmica única", disse Scott. "Em vez de uma superfície estável padrão, ele pode mudar a química de sua superfície. É feito de minúsculas cadeias poliméricas de compostos, que podem mudar sua orientação para maximizar interações favoráveis ​​com água e proteínas, conforme necessário."

Quando a equipe de Scott misturou as nanopartículas com anticorpos, quase 100% dos anticorpos se ligaram com sucesso às nanopartículas sem perder a capacidade de se ligarem aos seus alvos específicos. Isso resultou em uma terapia baseada em nanopartículas que emprega superfícies com quantidades densamente compactadas e altamente controláveis ​​de múltiplos anticorpos distintos para atingir os mastócitos.

Desligamento seletivo

Para que alguém se torne alérgico, os seus mastócitos capturam e exibem anticorpos, especificamente anticorpos de imunoglobulina E (IgE), para esse alérgeno específico. Isso permite que os mastócitos reconheçam – e reajam – ao mesmo alérgeno após a reexposição.

“Se você tem alergia ao amendoim e já teve uma resposta ao amendoim no passado, então suas células imunológicas produziram anticorpos IgE contra as proteínas do amendoim e os mastócitos os coletaram”, disse Scott. “Agora, eles estão esperando que você coma outro amendoim. Quando você o faz, eles podem responder em minutos e, se a resposta for forte o suficiente, pode resultar em anafilaxia”.

Para atingir selectivamente os mastócitos para responderem a um alergénio específico, os investigadores conceberam a sua terapia para envolver apenas os mastócitos que transportam anticorpos IgE para esse alergénio. A nanopartícula usa um alérgeno proteico para interagir com anticorpos IgE nos mastócitos e, em seguida, usa um anticorpo para interagir com o receptor Siglec-6 para interromper a capacidade de reação dos mastócitos. E como apenas os mastócitos apresentam receptores Siglec-6, a nanopartícula não se consegue ligar a outros tipos de células – uma estratégia que limita eficazmente os efeitos secundários.

“Você pode usar qualquer alérgeno que desejar e interromperá seletivamente a resposta a esse alérgeno”, disse Scott. "O alérgeno normalmente ativaria o mastócito. Mas, ao mesmo tempo em que o alérgeno se liga, o anticorpo na nanopartícula também ativa o receptor inibitório Siglec-6. Dados esses dois sinais contraditórios, o mastócito decide que não deve ativar e deveria deixar esse alérgeno sozinho. Ele interrompe seletivamente uma resposta a um alérgeno específico. A beleza dessa abordagem é que ela não requer a morte ou a eliminação de todos os mastócitos e, do ponto de vista da segurança, se a nanopartícula acidentalmente se ligar ao errado. tipo de célula, essa célula simplesmente não responderá."

Prevenção de anafilaxia em ratos

Depois de demonstrar o sucesso em culturas celulares usando mastócitos derivados de tecidos humanos, os pesquisadores mudaram sua terapia para um modelo de camundongo humanizado. Como os mastócitos em camundongos não possuem o receptor Siglec-6, a equipe de Bochner desenvolveu um modelo de camundongo com mastócitos humanos em seus tecidos. Os pesquisadores expuseram os ratos a um alérgeno e aplicaram a nanoterapia ao mesmo tempo.

Nenhum rato sofreu choque anafilático e todos sobreviveram.

“A maneira mais simples de monitorar uma resposta alérgica é monitorar as mudanças na temperatura corporal”, disse Scott. "Não vimos mudanças na temperatura. Não houve resposta. Além disso, os ratos permaneceram saudáveis ​​e não apresentaram quaisquer sinais externos de reação alérgica."

"Os mastócitos de camundongos não têm Siglec-6 em sua superfície como nos humanos, mas chegamos o mais perto que pudemos dos estudos humanos reais, testando essas nanopartículas em ratos especiais que tinham mastócitos humanos em seus tecidos", disse Bochner. . “Conseguimos mostrar que estes ratos humanizados estavam protegidos da anafilaxia”.

Em seguida, os investigadores planeiam explorar a sua nanoterapia para o tratamento de outras doenças relacionadas com os mastócitos, incluindo a mastocitose, uma forma rara de cancro dos mastócitos. Eles também estão investigando abordagens para carregar medicamentos dentro das nanopartículas para matar seletivamente os mastócitos na mastocitose sem danificar outros tipos de células.

Mais informações: Fanfan Du et al, Adsorção controlada de múltiplas proteínas bioativas permite nanoterapia direcionada de mastócitos, Nature Nanotechnology (2024). DOI:10.1038/s41565-023-01584-z
Informações do diário: Nanotecnologia da Natureza

Fornecido pela Northwestern University