درمان‌های جدید با نانوذرات، دو قاتل اصلی را هدف قرار می‌دهند

به گزارش مجله خبری نگار، واکسن‌های RNA که در ظروف کوچک و چربی به نام نانوذرات بسته‌بندی شده‌اند، ده‌ها میلیون نفر را از ابتلا به کووید-۱۹ نجات داده‌اند. اکنون محققان در تلاشند تا از نانوذرات مشابه برای مبارزه با دو قاتل اصلی دیگر استفاده کنند: نارسایی تنفسی ناشی از عفونت‌های ریوی مانند آنفولانزا و تصلب شرایین که منجر به حملات قلبی و سکته مغزی می‌شود. در هر دو مورد، سلول‌های اندوتلیال پوشاننده رگ‌های خونی دچار اختلال عملکرد می‌شوند و ژن‌های کلیدی را خاموش می‌کنند. تحقیقات جدید ارائه شده در نشست انجمن شیمی آمریکا (ACS) این هفته نشان می‌دهد که نانوذرات حامل RNA می‌توانند ژن‌ها را دوباره فعال کنند و نویدبخش مقابله ریشه‌ای با بیماری‌ها هستند.

نانوذرات ابزاری آشنا در پزشکی هستند، اما رابرت لانگر، یکی از پیشگامان درمان با نانوذرات در دانشگاه MIT، می‌گوید: طرح استفاده از آنها برای درمان سلول‌های اندوتلیال «کار فوق‌العاده‌ای» است. وون هیوک سو، متخصص زیست‌مواد در دانشگاه نیوهمپشایر که یک جلسه علمی در نشست ACS ترتیب داده بود، خاطرنشان می‌کند که نتایج اولیه هستند، اما آنها را «بسیار جالب و امیدوارکننده» می‌نامد. آنها در ماه ژانویه در سرور پیش‌چاپ bioRxiv منتشر شدند.

تصلب شرایین و نارسایی تنفسی ناشی از عفونت‌هایی مانند آنفولانزا ممکن است متفاوت به نظر برسند. اما هر دو بیماری با التهاب سلول‌های اندوتلیال مرتبط هستند. در سندرم زجر تنفسی حاد (ARDS)، التهاب باعث می‌شود سلول‌های اندوتلیال در مویرگ‌های مجاور کیسه‌های هوایی کوچک ریه‌ها یا آلوئول‌ها، سطح KLF۲، یک پروتئین "فاکتور رونویسی" که به تنظیم تعدادی از ژن‌های دیگر مورد نیاز برای عملکرد سالم سلول کمک می‌کند، را کاهش دهند. در نتیجه، این مویرگ‌ها متخلخل می‌شوند و به مایع اجازه می‌دهند تا به داخل آلوئول‌ها نشت کند و از انتشار اکسیژن به خون جلوگیری کند که اغلب منجر به مرگ بیماران می‌شود.

در تصلب شرایین، تجمع اولیه رسوبات چربی به نام پلاک، جریان روان و طبیعی خون را مختل می‌کند و باعث می‌شود سلول‌های اپیتلیال مجاور، آنزیم متابولیزه‌کننده لیپید به نام PLPP۳ کمتری تولید کنند. این منجر به التهاب بیشتر و تجمع پلاک می‌شود که می‌تواند شریان‌ها را مسدود کرده و باعث حمله قلبی یا شکستگی و سکته مغزی شود.

درمان‌های موجود، مانند دستگاه‌های تنفس مصنوعی برای بیماران مبتلا به ARDS و دارو‌های کاهنده کلسترول برای تصلب شرایین، مستقیماً به مشکل اختلال عملکرد سلول‌های اپیتلیال نمی‌پردازند؛ بنابراین چند سال پیش، محققانی به رهبری متیو تایرل، مهندس شیمی در دانشگاه شیکاگو، تصمیم گرفتند ببینند آیا می‌توانند نانوذراتی طراحی کنند که کپی‌هایی از RNA پیام‌رسان برای KLF۲ یا PPLP۳ را به سلول‌هایی که نمی‌توانند آنها را تحمل کنند، منتقل کنند. آنها امیدوار بودند که پیام‌های RNA پیام‌رسان توسط دستگاه پروتئین‌سازی سلول خوانده شوند و نسخه‌هایی از پروتئین‌ها را آزاد کنند و عملکرد سالم را به سلول‌های بیمار بازگردانند.

برای هدف قرار دادن نانوذرات به سمت سلول‌ها، تیم تیرل آنها را به یک قطعه پروتئینی کوتاه یا پپتید مجهز کرد که برای اتصال به VCAM۱، یک گیرنده سطح سلولی که در سلول‌های اپیتلیال ملتهب یافت می‌شود، طراحی شده بود.

در جلسه ACS، ژنگجی ژو، دانشجوی فوق دکترا در آزمایشگاه تیرل، گزارش داد که در یک لوله آزمایش، ذرات سلول‌های اپیتلیال ناکارآمد را هدف قرار دادند و سلول‌های اپیتلیال طبیعی را به حال خود رها کردند. همانطور که انتظار می‌رفت، محموله RNA آنها تولید KLF۲ و PPLP۳ را افزایش داد؛ و در مدل‌های موشی ARDS و تصلب شرایین، نانوذرات سطح این پروتئین‌های مورد نظر را افزایش داده و علائم بیماری را کاهش دادند.

برای مثال، در موش‌های آلوده به ویروس آنفولانزای H۱N۱، نانوذرات شدت آسیب ریه و فعالیت ایمنی مشخصه ARDS را تقریباً به نصف کاهش دادند. در آزمایش‌های مربوط به تصلب شرایین، حیوانات تحت درمان، کاهش ۸۳ درصدی التهاب عروقی در محل تشکیل پلاک را نشان دادند. پلاک‌های آنها همچنین نشانه‌هایی از تثبیت را نشان داد و احتمال پارگی و ایجاد حمله قلبی یا سکته مغزی کمتر شد.

ژو اذعان می‌کند که «هنوز موانع زیادی برای غلبه بر آنها وجود دارد.» برای مثال، مطالعات گذشته نشان داده‌اند که نانوذراتی که به نظر می‌رسد در موش‌ها مؤثر هستند، گاهی اوقات واکنش‌های ایمنی را در حیوانات بزرگتر، از جمله انسان، تحریک می‌کنند. اما سو معتقد است که نانوذرات جدید می‌توانند این مشکل را حل کنند، زیرا آنها "بسیار خوب تعریف شده‌اند" و بنابراین احتمال کمتری دارد که شامل اجزایی باشند که سیستم ایمنی را تحریک می‌کنند.

ژو خاطرنشان می‌کند که مانع دیگر این است که بازگرداندن عملکرد سالم به بافت‌های بزرگ به دوز‌های بسیار بیشتری از RNA نسبت به دوز‌های مورد استفاده در واکسن‌ها نیاز دارد و احتمال عوارض جانبی را افزایش می‌دهد. با این حال، او اضافه می‌کند که پزشکان می‌توانند با تزریق چندین دوز پایین، این مشکل را حل کنند. ژو می‌گوید: «ما می‌توانیم این کار را دوباره انجام دهیم.» اگر این نتایج اولیه تأیید شوند، میلیون‌ها نفر می‌توانند از آن بهره‌مند شوند.