Investigadores de la Universidad Northwestern han desarrollado la primera terapia selectiva para prevenir reacciones alérgicas, cuya gravedad puede variar desde picazón en la urticaria y ojos llorosos hasta dificultad para respirar e incluso la muerte.
Para desarrollar la nueva terapia, los investigadores decoraron nanopartículas con anticuerpos capaces de desactivar células inmunes específicas (llamadas mastocitos) responsables de las respuestas alérgicas. La nanopartícula también lleva un alérgeno que corresponde a la alergia específica del paciente. Si una persona es alérgica al maní, por ejemplo, la nanopartícula lleva una proteína de maní.
En este enfoque de dos pasos, el alérgeno ataca a los mastocitos precisos responsables de la alergia específica y luego los anticuerpos desactivan sólo esas células. Este enfoque altamente específico permite que la terapia prevenga selectivamente alergias específicas sin suprimir todo el sistema inmunológico.
En un estudio con ratones, la terapia demostró un 100 % de éxito en la prevención de respuestas alérgicas sin causar efectos secundarios notables.
La investigación se publica hoy (16 de enero) en la revista Nature Nanotechnology. . Se trata de la primera nanoterapia para inhibir los mastocitos, previniendo así una respuesta alérgica a un alérgeno específico.
"Actualmente, no hay métodos disponibles para atacar específicamente a los mastocitos", dijo Evan A. Scott de Northwestern, quien dirigió el estudio. "Todo lo que tenemos son medicamentos como antihistamínicos para tratar los síntomas, y estos no previenen las alergias. Contrarrestan los efectos de las histaminas una vez que los mastocitos ya se han activado.
"Si tuviéramos una forma de inactivar los mastocitos que responden a alérgenos específicos, entonces podríamos detener respuestas inmunes peligrosas en situaciones graves como la anafilaxia, así como respuestas menos graves como las alergias estacionales".
"La mayor necesidad insatisfecha es la anafilaxia, que puede poner en peligro la vida", afirmó el Dr. Bruce Bochner, experto en alergias y coautor del estudio de Northwestern. "Ciertas formas de inmunoterapia oral podrían ser útiles en algunos casos, pero actualmente no contamos con ninguna opción de tratamiento aprobada por la FDA que prevenga consistentemente tales reacciones aparte de evitar el alimento o agente causante. De lo contrario, se administran tratamientos como la epinefrina para tratar casos graves. reacciones, no prevenirlas.
"¿No sería estupendo si existiera un tratamiento seguro y eficaz para la alergia alimentaria que permitiera reintroducir sistemáticamente en la dieta un alimento que antes se debía evitar estrictamente?"
Scott es profesor Kay Davis de Ingeniería Biomédica en la Escuela de Ingeniería McCormick de Northwestern y miembro del Instituto Simpson Querrey de BioNanotecnología y del Instituto Internacional de Nanotecnología. Bochner es profesor emérito de medicina Samuel M. Feinberg (alergia e inmunología) en la Facultad de Medicina Feinberg de la Universidad Northwestern.
El primer autor del artículo es Fanfan Du, becario postdoctoral en el laboratorio de Scott, que trabajó en estrecha colaboración con los coautores Clayton Rische, Ph.D. candidato co-tutorizado por Bochner y Scott, y Yang Li, Ph.D. candidato en el laboratorio de Scott.
Ubicados en casi todos los tejidos del cuerpo humano, los mastocitos son más conocidos por ser los principales responsables de las respuestas alérgicas. Pero también desempeñan otras funciones importantes, incluida la regulación del flujo sanguíneo y la lucha contra los parásitos. Por lo tanto, la eliminación total de los mastocitos para prevenir reacciones alérgicas podría perjudicar otras respuestas útiles y saludables.
"Aunque se están desarrollando algunos medicamentos, actualmente no hay medicamentos aprobados por la FDA que inhiban o eliminen los mastocitos", dijo Bochner. "Esto ha sido difícil principalmente porque los medicamentos que pueden afectar la activación o supervivencia de los mastocitos también se dirigen a otras células además de los mastocitos y, por lo tanto, tienden a tener efectos secundarios no deseados debido a la influencia sobre otras células".
En trabajos anteriores, Bochner identificó Siglec-6, un receptor inhibidor único que se encuentra de forma elevada y selectiva en los mastocitos. Si los investigadores pudieran atacar ese receptor con un anticuerpo, entonces podrían inhibir selectivamente los mastocitos para prevenir la alergia. Pero la introducción de este anticuerpo por sí sola no fue suficiente.
"Fue difícil conseguir una concentración suficientemente alta del anticuerpo para tener efecto", dijo Scott. "Nos preguntamos si podríamos mejorar esta concentración usando una nanopartícula. Si pudiéramos empaquetar una alta densidad de anticuerpos en una nanopartícula, entonces podríamos hacer que su uso fuera práctico".
Para empaquetar los anticuerpos en una nanopartícula, Scott y su equipo tuvieron que superar otro desafío. Para que las proteínas (como los anticuerpos) se adhieran a una nanopartícula, normalmente deben formar un enlace químico que desdoble (o desnaturalice) la proteína, afectando su actividad biológica. Para superar este desafío, Scott recurrió a una nanopartícula desarrollada previamente en su laboratorio.
A diferencia de las nanopartículas más estándar que tienen superficies estables, la nanopartícula recientemente desarrollada por Scott comprende cadenas de polímeros dinámicas, que pueden invertir su orientación de forma independiente al exponerse a diferentes solventes y proteínas. Cuando se colocan en soluciones líquidas, las cadenas se orientan para lograr interacciones electrostáticas favorables con las moléculas de agua.
Pero cuando una proteína toca la superficie de la nanopartícula, las pequeñas cadenas de polímero específicas en la interfaz cambian su orientación para sujetar de manera estable la proteína sin unirse covalentemente a ella. El equipo de Scott también descubrió que las bolsas repelentes de agua en las superficies de las proteínas eran clave para la interacción estable.
Cuando se unen a superficies, las proteínas normalmente se desnaturalizan y pierden su bioactividad. Un aspecto único de las nanopartículas de Scott es que pueden unirse de manera estable a enzimas y anticuerpos mientras mantienen su estructura tridimensional y funciones biológicas. Esto significa que los anticuerpos anti-Siglec-6 mantuvieron su fuerte afinidad por los receptores de los mastocitos, incluso cuando se adhirieron a las superficies de las nanopartículas.
"Esta es una superficie excepcionalmente dinámica", dijo Scott. "En lugar de una superficie estable estándar, puede cambiar la química de su superficie. Está hecha de pequeñas cadenas poliméricas de compuestos, que pueden invertir su orientación para maximizar las interacciones favorables tanto con el agua como con las proteínas, según sea necesario".
Cuando el equipo de Scott mezcló las nanopartículas con anticuerpos, cerca del 100% de los anticuerpos se unieron con éxito a las nanopartículas sin perder su capacidad de unirse a sus objetivos específicos. Esto dio como resultado una terapia basada en nanopartículas que emplea superficies con cantidades densamente empaquetadas y altamente controlables de múltiples anticuerpos distintos para atacar los mastocitos.
Para que alguien se vuelva alérgico, sus mastocitos capturan y muestran anticuerpos, específicamente anticuerpos de inmunoglobulina E (IgE), para ese alérgeno específico. Esto permite que los mastocitos reconozcan y reaccionen al mismo alérgeno tras una nueva exposición.
"Si usted tiene alergia al maní y ha tenido una respuesta al maní en el pasado, entonces sus células inmunes produjeron anticuerpos IgE contra las proteínas del maní y los mastocitos los recolectaron", dijo Scott. "Ahora están esperando a que comas otro maní. Cuando lo haces, pueden responder en cuestión de minutos y, si la respuesta es lo suficientemente fuerte, puede provocar anafilaxia".
Para apuntar selectivamente a los mastocitos para que respondan a un alérgeno en particular, los investigadores diseñaron su terapia para involucrar solo a los mastocitos que portan anticuerpos IgE para ese alérgeno. La nanopartícula utiliza una proteína alérgeno para interactuar con los anticuerpos IgE en los mastocitos y luego usa un anticuerpo para interactuar con el receptor Siglec-6 para desactivar la capacidad de reacción de los mastocitos. Y como solo los mastocitos presentan receptores Siglec-6, la nanopartícula no puede unirse a otros tipos de células, una estrategia que limita eficazmente los efectos secundarios.
"Puede utilizar cualquier alérgeno que desee y desactivará selectivamente la respuesta a ese alérgeno", dijo Scott. "El alérgeno normalmente activaría los mastocitos. Pero al mismo tiempo que el alérgeno se une, el anticuerpo en la nanopartícula también activa el receptor inhibidor Siglec-6. Dadas estas dos señales contradictorias, los mastocitos deciden que no deben activarse y debería dejar ese alérgeno en paz, detiene selectivamente una respuesta a un alérgeno específico. La belleza de este enfoque es que no requiere matar o eliminar todos los mastocitos y, desde el punto de vista de la seguridad, si la nanopartícula se adhiere accidentalmente a los mastocitos. tipo de celda, esa celda simplemente no responderá."
Después de demostrar éxito en cultivos celulares utilizando mastocitos derivados de tejido humano, los investigadores trasladaron su terapia a un modelo de ratón humanizado. Debido a que los mastocitos en ratones no tienen el receptor Siglec-6, el equipo de Bochner desarrolló un modelo de ratón con mastocitos humanos en sus tejidos. Los investigadores expusieron a los ratones a un alérgeno y les administraron la nanoterapia al mismo tiempo.
Ningún ratón experimentó un shock anafiláctico y todos sobrevivieron.
"La forma más sencilla de controlar una respuesta alérgica es realizar un seguimiento de los cambios en la temperatura corporal", dijo Scott. "No vimos cambios en la temperatura. No hubo respuesta. Además, los ratones se mantuvieron sanos y no mostraron ningún signo externo de una reacción alérgica".
"Los mastocitos de ratón no tienen Siglec-6 en su superficie como en los humanos, pero por ahora nos acercamos lo más posible a los estudios reales en humanos probando estas nanopartículas en ratones especiales que tenían mastocitos humanos en sus tejidos", dijo Bochner. . "Pudimos demostrar que estos ratones humanizados estaban protegidos contra la anafilaxia."
A continuación, los investigadores planean explorar su nanoterapia para tratar otras enfermedades relacionadas con los mastocitos, incluida la mastocitosis, una forma rara de cáncer de mastocitos. También están investigando enfoques para cargar medicamentos dentro de las nanopartículas para matar selectivamente los mastocitos en la mastocitosis sin dañar otros tipos de células.
Más información: Fanfan Du et al, La adsorción controlada de múltiples proteínas bioactivas permite la nanoterapia dirigida a mastocitos, Nature Nanotechnology (2024). DOI:10.1038/s41565-023-01584-z
Información de la revista: Nanotecnología de la naturaleza
Proporcionado por la Universidad Northwestern
