Stwardnienie rozsiane (SM) jest wyniszczającą chorobą autoimmunologiczną, która niszczy ochronną osłonkę mielinową otaczającą nerwy, zakłócając komunikację między mózgiem a ciałem i powodując stopniowy spadek zdolności poruszania się i funkcjonowania pacjentów. Atlas MS poinformował w 2020 r., że co pięć minut na całym świecie diagnozuje się SM, co zwiększa liczbę około 2,8 miliona osób, które obecnie muszą żyć z tą chorobą. Niepokojąco, od 2013 roku częstość występowania SM na całym świecie wzrosła o 30%.
Kluczowym czynnikiem powodującym SM jest nagłe zapalenie nerwów wywołane przez tak zwane komórki szpikowe „wrodzonego” układu odpornościowego we wrażliwych obszarach mózgu i rdzenia kręgowego, które razem tworzą ośrodkowy układ nerwowy (OUN). Te „ostre zmiany zapalne” następnie przyciągają inne komórki szpikowe, a także samoreaktywne komórki T i B, które należą do drugiego ramienia układu odpornościowego, znanego jako „adaptacyjny układ odpornościowy” i bezpośrednio atakują osłonkę mielinową. Chociaż nie ma lekarstwa na stwardnienie rozsiane, istniejące terapie modyfikujące przebieg choroby w postaci leków małocząsteczkowych i białkowych albo bezpośrednio celują w samoreaktywne komórki odpornościowe, albo ogólnie tłumią stany zapalne. Jednak wiele z tych terapii powoduje poważne skutki uboczne w różnych częściach ciała, w tym w samym układzie odpornościowym, a tym samym niesie ze sobą poważne zagrożenie dla zdrowia.
Teraz zespół badawczy z Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering na Uniwersytecie Harvarda i Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) opracował terapię komórkową jako silną alternatywę dla istniejących terapii małocząsteczkowych i białkowych, która wykorzystuje mieloidalne komórek odpornościowych, dokładnie tego rodzaju komórek odpornościowych, które powodują u pacjentów zapalenie nerwów wywołujące stwardnienie rozsiane.
Aby przekształcić potencjalnie zapalne komórki szpikowe w komórki terapeutyczne, wyizolowali i wyhodowali monocyty (rodzaj komórek szpikowych) ze szpiku kostnego myszy dawców i stabilnie przyczepiły do powierzchni komórek maleńkie mikrocząsteczki, zwane „plecakami”. Te plecaki są wypełnione cząsteczkami przeciwzapalnymi, które kierują różnicowaniem komórek nośnikowych w komórki przeciwzapalne in vivo. Po wlewie z powrotem do mysiego modelu stwardnienia rozsianego, obciążone plecakiem monocyty były w stanie wpływać na odpowiedzi immunologiczne specyficzne dla stwardnienia rozsianego i częściowo odwracać paraliż kończyn tylnych i poprawiać funkcje motoryczne. Wyniki opublikowano w Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
„Obecne terapie stwardnienia rozsianego nie są ukierunkowane konkretnie na komórki szpikowe. Są to bardzo plastyczne komórki, które mogą przełączać się między różnymi stanami i dlatego trudno je kontrolować. Nasze podejście plecakowe oparte na biomateriałach jest bardzo skutecznym sposobem na utrzymanie ich w stanie przeciwzapalnym ”- powiedział starszy autor, dr Samir Mitragotri, który jest członkiem wydziału podstawowego w Instytucie Wyss. „Pod wieloma względami prostsze niż inne terapie komórkowe, komórki szpikowe można łatwo uzyskać z krwi obwodowej pacjenta, zmodyfikować za pomocą plecaków w krótkim etapie hodowli i ponownie podać pierwotnemu dawcy, gdzie trafiają do zmian zapalnych i wpływają na Odpowiedź immunologiczna specyficzna dla SM nie tylko lokalnie, ale szerzej”. Mitragotri jest także Hiller Professor of Bioengineering i Hansjörg Wyss Professor of Biologically Inspired Engineering w SEAS.
Wiele terapii komórkowych, takich jak słynna terapia komórkowa CAR-T, wymaga mobilizacji komórek odpornościowych z określonych przedziałów tkankowych w ciele za pomocą leków, modyfikacji genetycznej, a następnie amplifikacji przez tygodnie poza ciałem. Komórki szpikowe można bezpośrednio pobrać przy użyciu ustalonych metod i zmodyfikować za pomocą plecaków w ciągu kilku godzin, dzięki czemu terapia jest łatwiejsza do przetłumaczenia. Ponadto niektóre typy komórek szpikowych posiadają zdolność pokonywania bariery krew-mózg, co czyni je szczególnie odpowiednimi do leczenia chorób OUN.
Nowa odsłona plecaków komórkowych
Grupa Mitragotriego wcześniej odkryła, że kiedy przymocowali małe plecaki w kształcie dysku do komórek linii mieloidalnej, pozostawały one stabilnie odsłonięte na powierzchni komórek, podczas gdy wiele innych komórek łatwo je internalizowało i dezaktywowało. Dodanie pewnych molekuł do plecaków pozwoliło zespołowi zachować kontrolę nad zachowaniem komórek. Wykorzystali to odkrycie w terapii komórkowej zwalczającej nowotwory, składającej się z załadowanych plecakiem makrofagów, które są specyficznym typem komórek szpikowych. W swoich nowych badaniach skupili się na monocytach, które również należą do linii różnicowania mieloidalnego i są prekursorami makrofagów. Monocyty mogą skutecznie infiltrować mózg, a następnie różnicować się w makrofagi, które są jednym z dominujących typów komórek zapalnych w aktywnych zmianach SM.
„Ze względu na ich zdolność do inwazji na OUN, infiltracji zmian zapalnych i różnicowania się w makrofagi, strategia plecakowa pozwalająca na kontrolę różnicowania monocytów była niezwykle sensowna” – powiedział pierwszy autor Neha Kapate, doktorant współpracujący z Mitragotri. „Zdecydowaliśmy się na plecaki zawierające interleukinę-4 [IL-4] i deksametazon, dwie cząsteczki, które później odkryliśmy, że zapewniają synergistyczne działanie przeciwzapalne”.
Zespół wyprodukował swoje plecaki wielkości mikrometra w procesie znanym jako seryjne „powlekanie wirowe”, w którym cienkie warstwy złożone z polimeru PLGA i innych biokompatybilnych substancji oraz zawierające cząsteczki przeciwzapalne są nakładane na siebie jak warstwy. cebuli. Ostatnim krokiem było wyposażenie zewnętrznej powierzchni plecaka we fragment przeciwciała, który umożliwił przyczepienie się do monocytów.
Plecaki komórkowe dostają nogi
Aby przetestować monocyty obciążone plecakiem pod kątem ich skuteczności terapeutycznej, naukowcy wyizolowali monocyty od zdrowych myszy dawców i w krótkim etapie hodowli komórkowej przymocowali do nich plecaki. Następnie wprowadzili zmodyfikowane komórki do mysiego modelu SM, znanego wśród badaczy jako model eksperymentalnego autoimmunologicznego zapalenia mózgu i rdzenia (EAE). „Kiedy podaliśmy myszom EAE z trwającym zapaleniem nerwów monocyty przenoszące plecak i równolegle niezmienione monocyty kontrolne, monocyty przenoszące plecak skuteczniej infiltrowały zmiany zapalne OUN. Zmniejszyły również stan zapalny wewnątrz zmian chorobowych i przesunęły miejscowe i ogólnoustrojowe stwardnienie rozsiane -powiązana odpowiedź immunologiczna w kierunku wyniku terapeutycznego” – powiedział Kapate. „Otrzymane w ten sposób monocyty przeciwzapalne wywoływały również efekty wzajemnego oddziaływania z innymi populacjami komórek odpornościowych, takimi jak specyficzne pomocnicze komórki T, które są powiązane z samokierującą adaptacyjną odpowiedzią autoimmunologiczną”.
Objawy choroby u myszy EAE, którym podawano monocyty obciążone plecakiem, uległy znacznej poprawie, a pod koniec badania zwierzęta wykazywały jedynie wiotki ogon, w porównaniu z całkowitym paraliżem tylnych kończyn zwierząt kontrolnych. Leczenie wydłużyło również przeżycie zwierząt – wszystkie myszy otrzymujące monocyty z plecakiem przeżyły do końca badania, podczas gdy znaczna liczba myszy kontrolnych zmarła. Co ważne, wielkość korzyści terapeutycznych zaobserwowanych przez zespół jest porównywalna ze zgłoszonymi terapiami terapeutycznymi, które zostały przetestowane w innych badaniach z wykorzystaniem tego samego modelu. Ponieważ model EAE naśladuje głównie postępującą postać stwardnienia rozsianego, a nie bardziej rozpowszechnioną postać rzutowo-remisyjną, od której choroba rozpoczyna się u około 85% pacjentów ze stwardnieniem rozsianym i która w późniejszych stadiach również może się rozwijać, zespół planuje również badają swoje podejście w modelach rzutowo-remisyjnej postaci SM. Możliwość wczesnego stłumienia stanu zapalnego może przynieść ogromne korzyści pacjentom.
„Zdolność tego zespołu do przekształcenia potencjalnie patogennego typu komórek odpornościowych w komórkę terapeutyczną dla SM, która jest niezwykle trudna lub niemożliwa do wyleczenia, może otworzyć zupełnie nową ścieżkę leczenia pacjentów z różnymi chorobami neurologicznymi” – powiedział Wyss. Dyrektor założyciel Donald Ingber, MD, Ph.D., który jest także profesorem Judah Folkman Biologii Naczyniowej w Harvard Medical School i Boston Children’s Hospital oraz Hansjörg Wyss Professor of Bioinspired Engineering w SEAS.
Inni autorzy badania to Michael Dunne, Ninad Kumbhojkar, Supriya Prakash, Lily Li-Wen Wang, Amanda Graveline, Kyung Soo Park, Vineeth Chandran Suja, Juhee Goyal i John Clegg. Badanie było wspierane przez Wyss Institute na Uniwersytecie Harvarda, SEAS, National Science Foundation (w ramach nagrody nr ECCS-2025158 i 1122374).