Eine Nanopartikeltherapie, die auf bestimmte Immunzellen abzielt, scheint bei Sepsis vielversprechend

9. Juni 2023

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von der Technischen Universität Eindhoven

Nanopartikel bestehend aus einem Designerprotein, die einer Überreaktion des Immunsystems entgegenwirken und dieses gleichzeitig stärken. Diese Erfindung bietet Möglichkeiten zur Behandlung von Sepsis, einer Erkrankung, bei der das Immunsystem stark fehlreguliert ist.

Immunologen vom Radboud University Medical Center (Radboudumc) und Bioingenieure von der Technischen Universität Eindhoven (TU/e) haben sich zusammengetan, um ein innovatives neues Nanomedikament zu entwickeln und zu testen. Ihre Forschungsergebnisse wurden gerade in Nature Biomedical Engineering veröffentlicht.

Sepsis ist eine lebensbedrohliche Erkrankung, bei der das Immunsystem aufgrund einer Infektion mit Bakterien, Pilzen oder Viren fehlreguliert wird. Diese Fehlregulation kann zu einer übermäßig intensiven Immunantwort führen, die als Hyperinflammation bezeichnet wird. Dadurch kommt es zu Gewebeschäden und Organversagen.

Gleichzeitig kann es auch zu einer Erschöpfung des Immunsystems kommen; so sehr, dass es gelähmt wird. Dies wird als Immunlähmung bezeichnet und hat zur Folge, dass der Körper nicht resistent gegen eine neue Infektion ist.

Seit Jahren suchen Wissenschaftler weltweit nach einer wirksamen Therapie gegen Sepsis. Das Medikament hinter einer solchen Therapie muss gleichzeitig sowohl der Überreaktion als auch der Lähmung des Immunsystems entgegenwirken. Ein erhebliches Risiko besteht jedoch darin, dass ein mögliches Medikament gegen diese Überreaktion tatsächlich zu einer Lähmung führen kann.

Immunologen des Radboudumc-Zentrums entdeckten in einer Petrischale mit Immunzellen, dass das Zytokin Interleukin-4 Entzündungen hemmt und gleichzeitig unerwartet eine trainierte Immunität induziert. Diese paradoxe Eigenschaft kann zur Behandlung von Sepsis genutzt werden, erfordert jedoch, dass Interleukin-4 gezielt auf Immunzellen im menschlichen Körper wirkt. Auf technologischer Seite verfügen die Forscher der TU/e ​​über umfangreiche Erfahrungen in der Entwicklung innovativer nanotechnologiebasierter Ansätze beispielsweise zur Krebsbekämpfung.

Im Hinblick auf ihre jeweilige Forschung haben Bioingenieure der TU/e ​​einen neuen, auf Nanotechnologie basierenden Ansatz entwickelt, indem sie ein Fusionsprotein zwischen Interleukin-4 und einem Protein entwickelt haben, das auf natürliche Weise mit Lipidmolekülen Nanopartikel bildet.

Die Forscher entwickelten eine neuartige Nanomedizin, die aus kleinen Fettpartikeln besteht, die aus natürlichen Proteinen aufgebaut sind und sehr spezifisch mit Immunzellen interagieren. In diesem Fall entwickelten die Bioingenieure ein neues Fusionsprotein aus Interleukin-4 und einem anderen Körperprotein, das in Fettpartikel integriert. Dadurch wird Interleukin-4 gezielt an Immunzellen abgegeben, wodurch die akute Entzündungsreaktion gehemmt und gleichzeitig das Immunsystem gestärkt wird. Somit ist das Immunsystem ausgeglichen.

Mihai Netea, Professor für Experimentelle Innere Medizin an der Radboudumc, sagt: „Wir wissen, dass das Protein Interleukin-4 einer Überreaktion des Immunsystems entgegenwirkt. Wir waren überrascht, dass dieses Protein im Reagenzglas auch bei bestimmten Immunzellen eine trainierte Immunität auslösen konnte.“

Unter trainierter Immunität versteht man den Teil unseres angeborenen Immunsystems, der über eine Lernfähigkeit verfügt und so unser Immunsystem stärkt. Um dies beim Menschen zu erreichen, hat die TU/e ​​ein neues Nanomedikament auf Basis von Interleukin-4 entwickelt. Und es hat funktioniert, wie die Ergebnisse zeigen. Sowohl in Blutproben von Sepsispatienten als auch von Versuchstieren brachten die Nanopartikel das Immunsystem wieder in Schwung.

Das Innovative an der Nanotechnologie ist, dass es den Forschern gelungen ist, Interleukin-4 auf bestimmte Immunzellen zu lenken. Willem Mulder, Professor für Präzisionsmedizin sowohl an Radboudumc als auch an der TU/e, sagt: „Wir entwickeln seit einiger Zeit neue Proteine, indem wir Körperproteine ​​fusionieren. Das Gleiche haben wir mit Interleukin-4 gemacht. Wir haben daraus Nanopartikel gemacht. Durch die Injektion dieser Nanopartikel.“ In den Blutkreislauf wird Interleukin-4 an die Zielzellen abgegeben.“

Die Forscher betonen, dass die Therapie noch nicht an Patienten getestet wurde. Hierfür sind Nachforschungen erforderlich. Allerdings handelt es sich bei der Methode um eine sehr innovative Form der Immuntherapie, die neue Möglichkeiten bei der Behandlung von Sepsis bietet, einer Krankheit, an der allein in den Niederlanden jährlich etwa 3.500 Menschen sterben.

Um die neuen Technologien zum Patienten zu bringen, haben Mulder und Netea gemeinsam mit Arzneimittelentwicklern und Biotech-Investoren den Biotech-Inkubator BioTrip gegründet. „Wir möchten nicht, dass diese aufregende Technologie mit unserer schönen Veröffentlichung endet, was in der Wissenschaft oft vorkommt. Mit BioTrip haben wir einen Weg für die klinische Umsetzung. Wir hoffen, dass unsere Arbeit und unsere gemeinsamen Bemühungen letztendlich zu einem Therapeutikum führen, das zur Verringerung beitragen kann.“ die hohen Sterblichkeits- und Morbiditätsraten bei Sepsis“, fügt Professor Maarten Merkx, Co-Autor und Dekan der Abteilung für Biomedizinische Technik der TU/e, hinzu.

Mehr Informationen: David P. Schrijver et al., Lösung einer Sepsis-induzierten Immunparalyse durch trainierte Immunität durch gezielte Ausrichtung von Interleukin-4 auf myeloische Zellen, Nature Biomedical Engineering (2023). DOI: 10.1038/s41551-023-01050-0

Zeitschrifteninformationen:Naturbiomedizinische Technik

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