杜克大学(Duke University)的生物医学工程师已经开发出一种自组装纳米材料,可以通过激活免疫系统中的关键细胞来帮助限制炎症疾病造成的损害。在银屑病小鼠模型中,基于纳米纤维的药物已被证明能像金标准疗法一样有效地减轻炎症损伤。

工程师开发自组装纳米纤维 可防止炎症造成的损害

该图显示了带有补体蛋白C3dg的肽纳米纤维(蓝色)和TNF蛋白的关键成分,其中包括B细胞表位(绿色)和T细胞表位(紫色)


炎症性疾病,如风湿性关节炎、克罗恩病和银屑病的一个特征就是产生过量的信号蛋白,即引起炎症的细胞因子。最重要的炎症因子之一是一种叫做TNF的蛋白质。目前,治疗这些疾病的最佳方法是使用人造抗体,即单克隆抗体,这种抗体旨在靶向并摧毁肿瘤坏死因子,减少炎症反应。


虽然单克隆抗体能够更好地治疗炎症性疾病,但这种疗法也并非没有缺点,包括成本高和患者需要定期自己注射。最重要的是,这些药物的功效也不均衡,因为它们有时可能根本不起作用,或者最终在人体学会制造抗体来破坏所制造的药物时停止工作。


为了规避这些问题,研究人员一直在探索免疫疗法如何帮助教会免疫系统产生自己的治疗性抗体,从而特别限制炎症。

工程师开发自组装纳米纤维 可防止炎症造成的损害

杜克大学(Duke University)生物医学工程教授乔尔·科利尔(Joel Collier)表示,我们本质上是在寻找利用纳米材料诱导人体免疫系统成为抗炎抗体工厂的方法。如果这些治疗成功,患者需要更少剂量的治疗,这将理想地提高患者的依从性和耐受性。这将是治疗炎症性疾病的一种全新方式。


在他们4月5日发表在《美国国家科学院院刊》网络版上的新论文中,科利尔和科利尔实验室的研究生凯利·海林(Kelly Hainline)描述了新型纳米材料如何组装成包含特殊蛋白质C3dg的长纳米纤维。这些纤维能够激活免疫系统b细胞产生抗体。


C3dg是一种你通常会在你的身体里找到的蛋白质,Hainline说,这种蛋白质帮助先天免疫系统和适应性免疫系统沟通,因此它可以激活特定的白细胞和抗体,清除受损的细胞,破坏抗原。


由于蛋白质的能力之间的接口不同的免疫系统,激活细胞的抗体不会引起炎症,研究人员一直在探索如何C3dg可以作为疫苗佐剂,这是一种蛋白质,可以帮助促进所需的目标或病原体的免疫反应。


在他们的新纳米材料中,Hainline和Collier通过将C3dg蛋白的关键片段与TNF的成分编织到纳米纤维中来验证这一想法。C3dg蛋白将触发b细胞产生抗体,而TNF成分将提供抗体需要寻找和破坏的蓝图。


当Kelly将C3dg蛋白和肿瘤坏死因子的关键部分组装到这些纳米纤维中,她发现有强烈的b细胞反应,这意味着针对肿瘤坏死因子的抗体产量增加,Collier说。在标准的小鼠炎症模型中,小鼠会经历一种温度变化,它们的内部温度会下降。但当Kelly给小鼠注射C3dg纳米纤维时,它具有高度的保护作用,小鼠没有出现炎症反应。


当研究小组在银屑病小鼠模型上测试他们的纳米材料时,他们发现携带C3dg的纳米纤维与单克隆抗体治疗一样有效。由于C3dg通常存在于人体内,所以它不会被抗药物抗体排出体外。


在检查了银屑病模型后,研究小组有了一个惊人的发现——C3dg不仅刺激b细胞中的抗体产生,它也影响了t细胞的反应。


我们观察到,只含有C3dg成分而不含TNF成分的纳米纤维仍然对我们的模型显示出治疗益处,这令人惊讶。但我认为最重要的发现是,我们发现了一种有益的t细胞反应,这种反应是由你身体中自然存在的一种蛋白质激活的,Hainline说,这种反应以前在其他蛋白质上也见过,但我们还没有看到有人使用C3dg产生这种反应的报告。


下一步,该团队希望进一步探索这种有益的t细胞激活背后的机制。他们还将进行额外的实验,探索类似纳米材料在类风湿性关节炎模型中的反应。


科利尔说,我们仍在研究这种t细胞反应,我们试图了解它是如何参与其中的。最终,我们希望看到C3dg是否可以作为抗炎症的多种不同疗法的通用成分,特别是如果我们可以用不同的目标替换TNF片段。这项工作明确表明,涉及C3dg的纳米材料有必要进一步发展为免疫疗法。


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