Forscher haben eine Nanotherapie entwickelt, die einen anaphylaktischen Schock verhindert, indem sie selektiv Immunzellen angreift und abschaltet, die bei Mäusen allergische Reaktionen hervorrufen. Diese neuartige Nanomedizin kann auf bestimmte Allergene zugeschnitten werden und könnte das erste Medikament sein, das allergische Reaktionen verhindert.
Die Schwere der Allergien reicht von juckenden Augen und laufender Nase bis hin zum lebensbedrohlichen anaphylaktischen Schock. Erdnüsse, Staub, Schimmel, Hundehaare, Parfüm, Pollen, Medikamente, Insektenstiche und Latex – manche Menschen können allergische Reaktionen einfach nicht verhindern, außer diese Dinge ganz zu meiden.
Forscher der Northwestern University haben die erste selektive Therapie zur Vorbeugung allergischer Reaktionen entwickelt: mit Antikörpern verzierte Nanopartikel, die die Immunzellen ausschalten, die im Körper allergische Reaktionen hervorrufen.
„Derzeit gibt es keine Methoden, die gezielt auf Mastzellen abzielen“, sagte Evan Scott, korrespondierender Autor der Studie. „Wir haben nur Medikamente wie Antihistaminika zur Behandlung von Symptomen, aber diese Medikamente verhindern keine Allergien. Sie wirken der Wirkung von Histamin erst entgegen, nachdem die Mastzellen aktiviert wurden. Wenn wir eine Möglichkeit hätten, Mastzellen, die auf bestimmte Allergene reagieren, zu deaktivieren, könnten wir gefährliche Immunreaktionen bei schweren Erkrankungen wie einem anaphylaktischen Schock sowie weniger schwerwiegenden Reaktionen wie saisonalen Allergien verhindern.“
Mastzellen sind gewebeeigene weiße Blutkörperchen, die für allergische Entzündungen von entscheidender Bedeutung sind. Wenn eine Person allergisch ist, fangen ihre Mastzellen Antikörper ein und präsentieren sie, insbesondere Immunglobulin E (IgE), die auf bestimmte allergieauslösende Substanzen abzielen – Allergene, bei denen es sich fast immer um Proteine handelt. Auf diese Weise können die Mastzellen es erkennen und darauf reagieren, wenn der Patient erneut demselben Allergen ausgesetzt wird.
„Wenn Sie allergisch gegen Erdnüsse sind und in der Vergangenheit auf Erdnüsse reagiert haben, produzieren Ihre Immunzellen IgE-Antikörper gegen Erdnussproteine, und Ihre Mastzellen sammeln sie, und jetzt warten sie darauf, dass Sie eine weitere Erdnuss essen“, sagte Scott. „Wenn man eine weitere Erdnuss isst, reagieren sie innerhalb von Minuten, und wenn die Reaktion stark genug ist, kann es zu einem anaphylaktischen Schock kommen.“
Damit ein Protein wie ein Antikörper an einem Nanopartikel haften kann, muss in der Regel eine Bindung eingehen, die zur Entfaltung des Proteins und damit zur Beeinflussung seiner biologischen Aktivität führt. Um dieser Herausforderung zu begegnen, schufen die Forscher Nanopartikel, die aus dynamischen Polymerketten bestehen, die unabhängig voneinander ihre Orientierung ändern können, wenn sie verschiedenen Lösungsmitteln und Proteinen ausgesetzt werden. Wenn sich also ein Protein an die Oberfläche eines Nanopartikels anlagert, tauschen die Polymerketten an der Grenzfläche ihre Position aus, greifen das Protein stabil, ohne sich daran zu binden, und behalten so seine Funktionalität bei. Wasserabweisende Taschen auf der Proteinoberfläche sind der Schlüssel zur Aufrechterhaltung stabiler Wechselwirkungen.
„Es ist eine einzigartige dynamische Oberfläche“, sagte Scott. „Es ist keine standardmäßige stabile Oberfläche, kann aber ihre Oberflächenchemie ändern. Sie besteht aus winzigen Ketten von Polymerverbindungen, die bei Bedarf ihre Richtung ändern können, um vorteilhafte Wechselwirkungen mit Wasser und Proteinen zu maximieren.“
Die Forscher fanden heraus, dass nahezu 100 % der Antikörper in der Lage waren, sich an die Nanopartikel zu binden, ohne die Fähigkeit zur Bindung an bestimmte Ziele zu verlieren, wodurch die Oberfläche der Nanopartikel dicht mit einer Vielzahl unterschiedlicher, auf Mastzellen gerichteter Antikörper in gut kontrollierbaren Mengen besiedelt werden konnte.
Die Nanopartikel sind mit Anti-Siglec-6-Antikörpern versehen, die verhindern, dass Mastzellen auf Allergene reagieren. Es kann auch Allergene enthalten, die den spezifischen Allergien einer Person entsprechen. Wenn die Nanopartikel beispielsweise bei Menschen mit Erdnussallergien eingesetzt würden, würden sie Erdnussproteine tragen. Es handelt sich um einen zweigleisigen Ansatz: Das Allergen lockt die spezifischen Mastzellen an, die Allergien auslösen, und die Antikörper schließen diese Zellen. Da nur Mastzellen über Siglec-6-Rezeptoren verfügen, können sich die Nanopartikel nicht an andere Zelltypen binden, wodurch Nebenwirkungen wirksam begrenzt werden.
„Wir können jedes Allergen nehmen und die Reaktion auf dieses Allergen selektiv unterdrücken“, sagte Scott. „Allergene aktivieren normalerweise Mastzellen. Aber gleichzeitig mit der Bindung des Allergens binden auch die Antikörper auf den Nanopartikeln an den Inhibitor Siglec-6-Rezeptor. Aufgrund dieser beiden widersprüchlichen Signale beschließen die Mastzellen, das Allergen nicht zu aktivieren und es in Ruhe zu lassen. Dadurch wird die Reaktion auf das spezifische Allergen selektiv gestoppt. Der Vorteil dieses Ansatzes besteht darin, dass nicht alle Mastzellen abgetötet oder eliminiert werden müssen, und aus Sicherheitsgründen reagiert die Zelle nicht, wenn sie sich versehentlich daran anheftet der falsche Zelltyp.“
Nachdem die neuen Nanopartikel erfolgreich in Mastzellkulturen aus menschlichem Gewebe eingesetzt wurden, testeten die Forscher die Therapie in Mausmodellen. Da Mausmastzellen keine Siglec-6-Rezeptoren besitzen, entwickelten die Forscher ein Modell, das menschliche Mastzellen in ihren Geweben enthielt. Mäuse wurden Allergenen ausgesetzt und erhielten gleichzeitig intravenöse Injektionen von Nanotherapeutika. Keines der Tiere erlitt einen anaphylaktischen Schock und alle überlebten.
„Der einfachste Weg, allergische Reaktionen zu überwachen, besteht darin, Veränderungen der Körpertemperatur zu verfolgen“, sagt Scott. „Wir fanden keine Veränderung der Körpertemperatur. Es kam zu keiner Reaktion. Außerdem blieben die Mäuse gesund und zeigten keine äußerlichen Anzeichen einer allergischen Reaktion.“
Als nächstes planen die Forscher, Nanotherapeutika zur Behandlung anderer Mastzellerkrankungen einzusetzen, darunter Mastozytose, eine seltene Form von Mastzellkrebs. Sie prüfen auch die Zugabe von Arzneimitteln zu den Nanopartikeln, um Mastzellen bei der Mastozytose selektiv abzutöten, ohne andere Zelltypen zu schädigen.
Sie glauben, dass ihre Nanotherapeutika viele Anwendungen haben.
„Der größte ungedeckte Bedarf ist der anaphylaktische Schock, der lebensbedrohlich sein kann“, sagte der Co-Autor der Studie, Bruce Bochner. „Einige Formen der oralen Immuntherapie können in manchen Fällen hilfreich sein, aber derzeit haben wir keine von der FDA zugelassenen Behandlungsmöglichkeiten. Zusätzlich zur Vermeidung der auslösenden Lebensmittel oder Medikamente wäre es möglich, solche Reaktionen kontinuierlich zu verhindern. Andernfalls behandeln Behandlungen wie Adrenalin nur schwere Reaktionen, verhindern sie aber nicht. Wäre es nicht großartig, wenn es eine sichere und wirksame Methode zur Behandlung von Lebensmittelallergien gäbe, die konsequent wieder Lebensmittel einführen könnte, die in der Vergangenheit strikt gemieden werden mussten?“
Die Forschung wurde in der Zeitschrift Nature Nanotechnology veröffentlicht.