Автор AZoNano 25 июня 2021 г.

Мышечные дистрофии – это группа генетических заболеваний, которые приводят к прогрессирующей потере мышечной массы и функций у пациентов с неизлечимой мышечной дистрофией Дюшенна (МДД), которая поражает все мышцы тела, в первую очередь, у мальчиков, особенно у мальчиков. тяжелый.

МДД может быть вызван более чем 7000 уникальных мутаций в крупнейшем гене человеческого генома, который кодирует центральный белок в мышечных волокнах. Хотя все это поразительное количество мутаций по-разному блокирует мышечную функцию, пораженные мышцы имеют еще одну общую черту – хроническое воспаление.

Поскольку хроническое воспаление значительно влияет на скорость и тяжесть мышечной дегенерации, исследователи используют различные противовоспалительные подходы, которые можно было бы применить к ослабляющимся мышцам пациентов с МДД. К настоящему времени стало ясно, что широкие, системно применяемые противовоспалительные методы лечения не могут достичь достаточной эффективности в отдельных мышцах и что, кроме того, они могут быть токсичными для пациентов и увеличивать их риск инфекций. Чтобы преодолеть эти препятствия, методы лечения местного действия, которые можно было бы применять на месте в пораженных мышцах, имели бы значительные преимущества.

Теперь исследовательская группа из Гарвардского института биологической инженерии Висса и Школы инженерии и прикладных наук Джона А. Полсона (SEAS) во главе с членом-основателем Института Висса Дэвидом Муни, доктором философии, разработала новый подход, при котором специально разработанные противовоспалительные наночастицы (НЧ) могут применяться локально и выборочно к хронически воспаленным мышцам, серьезно пораженным или подверженным более непосредственному риску ухудшения, и, возможно, труднодоступным с помощью пероральных терапевтических средств. В усовершенствованной модели МДД на мышах эта стратегия увеличивала объем мышц, покрытых миофибриллами, и улучшала мышечные функции за счет увеличения количества инфильтрирующих противовоспалительных регуляторных Т-клеток (Treg). Результаты опубликованы в Science Advances.

Решение на основе биоматериала: разработка и валидация

«Используя доставку цитокинов на основе NP, мы можем создать терапевтический иммунный статус в мышцах, пораженных МДД, который нацелен на воспаление как универсальную движущую силу болезни», – сказал Муни, руководитель отдела иммунологии Института Висса. -Materials Platform, а также является семейным профессором биоинженерии Роберта П. Пинкаса в SEAS. «Учитывая локальную доставку высокоэффективного цитокина интерлейкина-4 (ИЛ-4), этот подход может быть разработан как самостоятельная терапия или в будущем может быть использован в сочетании с генетическими подходами, разработанными для лечения конкретных МДД. мутации у пациентов ".

Считается, что провоспалительные и противовоспалительные иммунные клетки, задействованные для истощения мышц и дальнейшей дифференциации в них, играют в активную игру перетягивания каната. И то и другое может временно взять верх, когда мышцы проходят через непрерывные циклы травмы и регенерации миофибрилл, в то время как в долгосрочной перспективе всегда побеждает травма. Важно отметить, что идентичность и активность иммунных клеток контролируются про- и противовоспалительными цитокинами, иммуномодулирующими молекулами, которые высвобождаются иммунными или другими клетками в мышечной ткани.

В 2018 году команда Муни показала, что наночастицы золота (НЧ), представляющие противовоспалительный цитокин интерлейкин-4 (ИЛ-4), при локальном введении в остро травмированные мышцы мышей могут улучшить мышечную силу на 40% по сравнению с контролировать НП. НЧ были сконструированы таким образом, что ядерная НЧ из золота была частично покрыта слоем биосовместимого полимерного полиэтиленгликоля (ПЭГ). Затем к участкам поверхности НЧ, обнаруживаемым промежутками в покрытии, связывались (химически конъюгировались) молекулы цитокинов ИЛ-4, что позволяло им защищаться окружающим ПЭГ и оставаться биологически активными в течение длительного времени после их инъекции в мышечную ткань. и захват мышечными иммунными клетками.

Для изучения эффектов НЧ, несущих НЧ ИЛ-4, а также НЧ, несущих ИЛ-10 (противовоспалительный цитокин другого действия), на мышцы, пораженные МДД, исследователи использовали существующую мышиную модель, известную как Mdx, которая несет специфическую мутацию DMD, обнаруженную у людей. Поскольку дегенерация мышц происходит намного медленнее у мышей Mdx, чем у людей, они разработали подход к микротравмам, при котором мышцы задних конечностей старых мышей Mdx неоднократно травмировались, чтобы ускорить прогрессирование заболевания у мышей и более точно имитировать болезнь человека. У мышей Mdx микротравма вызвала хроническое МДД-подобное воспаление и повреждение, которое сохранялось в течение нескольких недель.

Бодрящие мышцы с помощью Т-лимфоцитов

Через неделю после завершения процедуры микротравмы они вводили НЧ ИЛ-4 (и НЧ ИЛ-10) непосредственно в хронически травмированную мышцу и еще через две недели анализировали эффекты. «Цитокиновая терапия с ИЛ-4, но не с ИЛ-10, конъюгированным с НЧ, значительно увеличила площадь поперечных сечений, покрытых мышечными волокнами, а у живых животных обработанные мышцы показали четырехкратное увеличение силы сокращения и скорости. (скорость) по сравнению с мышами в контрольных группах », – сказала первый автор Тереза ​​Раймондо, доктор философии, которая выполнила эту работу в качестве аспиранта в группе Муни, а сейчас является научным сотрудником в Массачусетском технологическом институте.

МДД становится наиболее опасным для жизни, когда поражаются диафрагма и сердечные мышцы. Команда надеется, что их стратегия однажды сможет помочь улучшить дыхание и функцию сердца у пациентов, хотя будущие исследования должны будут оценить эту возможность.

«Интересно, что мы могли списать регенеративные эффекты на конкретное увеличение Tregs, иммуносупрессивного типа Т-клеток, который, как известно, противодействовал воспалительным процессам в мышцах, ослабленных МДД».

Команда наблюдала увеличение на 50% количества Treg в хронически травмированных мышцах старых мышей Mdx, в то время как количество других типов иммунных клеток, включая нейтрофилы, дендритные клетки, естественные клетки-киллеры, моноциты и макрофаги, оставалось неизменным. их цитокиновая терапия на основе NP.

В частности, макрофаги в их противовоспалительном состоянии, называемом M2, также были предложены для участия в восстановлении мышечной силы и функции на мышах с МДД, и ранее команда Муни обнаружила, что они являются ключом к восстановлению остро поврежденных мышц у нормальных мышей. Однако в хронически воспаленных мышцах расширенной модели Mdx, на которые в новом исследовании была направлена ​​терапия IL-4 на основе NP, макрофаги M2 не внесли значительного вклада в терапевтический эффект. «Наши объединенные результаты подчеркивают, что одна и та же цитокиновая терапия может достигать очень разных иммунологических результатов с терапевтическим воздействием на мышцы в зависимости от типа воспаления», – сказал Муни.

«Этот подход, разработанный группой Дэйва Муни в Иммуно-материальной инициативе Висса, может быть разработан в качестве альтернативного, стратегически применяемого решения для лечения пациентов с мышечной дистрофией Дюшенна, потерю мышечной массы и функции которых невозможно эффективно остановить. Любыми другими способами. Тот же самый основной принцип цитокиновой терапии на основе NP может также иметь потенциал для множества других мышечных заболеваний, где воспаление является основной силой », – сказал директор-основатель Wyss Дональд Ингбер, доктор медицины, доктор философии. , который также является профессором биологии сосудов Гарвардской медицинской школы и Бостонской детской больницы Джудой Фолкманом и профессором биоинженерии в SEAS.

Источник: https://wyss.harvard.edu/