Мышечные дистрофии-это группа генетических заболеваний, которые приводят к прогрессирующей потере мышечной массы и функций у пациентов, при этом неизлечимая мышечная дистрофия Дюшенна (МДД), которая поражает все мышцы тела, в первую очередь у мальчиков, является особенно тяжелой. DMD может быть вызван более чем 7000 уникальными мутациями в крупнейшем гене человеческого генома, который кодирует центральный белок в мышечных волокнах. В то время как это поразительное количество мутаций по—разному блокирует функцию мышц, пораженные мышцы имеют еще одну общую особенность-хроническое воспаление.

Поскольку хроническое воспаление значительно способствует скорости и тяжести дегенерации мышц, исследователи разрабатывают различные противовоспалительные подходы, которые можно было бы применить к ослабленным мышцам пациентов с СДВГ. К настоящему времени стало ясно, что широкие, системно применяемые противовоспалительные методы лечения не могут достичь достаточной эффективности в отдельных мышцах и что, кроме того, они могут быть токсичными для пациентов и повышать риск их инфекций. Чтобы преодолеть эти барьеры, методы лечения местного действия, которые можно было бы применять на месте в пораженных мышцах, имели бы значительные преимущества.

Теперь исследовательская группа Гарвардского Института биологической инженерии Висса и Школы инженерных и прикладных наук Джона А. Полсона (SEAS) во главе с основателем основного факультета Института Висса Дэвидом Муни, доктором философии, разработала новый подход, в котором специально разработанные противовоспалительные наночастицы (NPS), которые могут применяться локально и избирательно к хронически воспаленным мышцам, серьезно пораженным или подверженным более непосредственному риску ухудшения, и, возможно, труднодоступным при пероральной терапии. В усовершенствованной мышиной модели DMD эта стратегия увеличила объем мышц, покрытых миофибрами, и улучшила функции мышц за счет увеличения количества инфильтрирующих противовоспалительных регуляторных Т-клеток (Treg). Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.

Решение на основе биоматериалов: Разработка и валидация

"Используя доставку цитокинов на основе NP, мы можем создать терапевтический иммунный статус в мышцах, пораженных DMD, который нацелен на воспаление как универсальный драйвер заболевания",-сказал Муни, который возглавляет платформу иммуноматериалов Института Висса, а также является профессором биоинженерии семьи Роберта П. Пинкаса в SEAS. "Учитывая локализованную доставку высокоэффективного цитокина интерлейкина-4 (IL-4), этот подход может быть разработан в качестве самостоятельной терапии или в будущем использоваться в сочетании с генетическими подходами, предназначенными для восстановления специфических мутаций DMD у пациентов."

Считается, что провоспалительные и противовоспалительные иммунные клетки, рекрутируемые для истощения мышц и дальнейшей дифференцировки в них, играют активную роль в перетягивании каната. И то, и другое может временно взять верх, когда мышцы проходят непрерывные циклы повреждения и регенерации миофибер, в то время как в долгосрочной перспективе травма всегда побеждает. Важно отметить, что идентичность и активность иммунных клеток контролируются про - и противовоспалительными цитокинами, иммуномодулирующими молекулами, которые высвобождаются иммунными или другими клетками мышечной ткани.

В 2018 году команда Муни показала, что наночастицы золота (NPS), представляющие противовоспалительный цитокин интерлейкин-4 (IL-4), при местном введении в остро поврежденные мышцы мышей, могут улучшить силу мышц на 40% по сравнению с контрольными NPS. NPS были спроектированы таким образом, что ядро NP из золота было частично покрыто слоем биосовместимого полимера полиэтиленгликоля (ПЭГ). К участкам поверхности NP, выявленным в результате разрывов в покрытии, затем связывались молекулы цитокинов IL-4 (химически конъюгированные), что позволяло им защищаться окружающим ПЭГ и оставаться биоактивными в течение длительного времени после их введения в мышечную ткань и поглощения мышечными иммунными клетками.

Для изучения влияния NPS, несущих NPS IL-4, а также NPS, несущих IL-10 (противовоспалительный цитокин различного действия), на мышцы, пораженные DMD, исследователи использовали существующую модель мыши, известную как Mdx, которая несет специфическую мутацию DMD, обнаруженную у людей. Поскольку дегенерация мышц у многомерных мышей происходит намного медленнее, чем у пациентов-людей, они разработали подход к микроинтервью, при котором мышцы задних конечностей пожилых многомерных мышей неоднократно травмировались, чтобы ускорить прогрессирование болезни мышей и более точно имитировать болезнь человека. У мышей Mdx микроинъекция вызвала хроническое воспаление и повреждение, подобные DMD, которые сохранялись в течение нескольких недель.

Бодрящие мышцы с действием Т-клеток

Через неделю после завершения процедуры микроинъекции они ввели IL-4 NPS (и IL-10 NPS) непосредственно в хронически поврежденную мышцу и еще через две недели проанализировали эффекты. "Терапия цитокинами с IL-4, но не IL-10, конъюгированными с NPS, значительно увеличила площадь поперечных сечений, покрытых мышечными волокнами, и у живых животных обработанные мышцы показали четырехкратное увеличение силы и скорости сокращения (скорости) по сравнению с мышами в контрольных группах",-сказала первый автор Тереза Раймондо, доктор философии, которая выполняла работу в качестве аспиранта в группе Муни и теперь является аспирантом Массачусетского технологического института.

МДД становится наиболее опасным для жизни, когда поражаются диафрагма и сердечные мышцы. Команда надеется, что их стратегия однажды сможет помочь улучшить дыхание и работу сердца у пациентов, хотя в будущих исследованиях придется оценить эту возможность.

"Интересно, что мы могли бы отнести регенеративные эффекты к специфическому увеличению Tregs, иммуносупрессивного типа Т-клеток, который, как известно, противодействует воспалительным процессам в мышцах, ослабленных DMD."

Команда наблюдала увеличение на 50% количества Treg в хронически поврежденных мышцах у пожилых мышей Mdx, в то время как количество других типов иммунных клеток, включая нейтрофилы, дендритные клетки, естественные клетки-киллеры, моноциты и макрофаги, оставалось неизменным при их цитокиновой терапии на основе NP.

Было также высказано предположение, что макрофаги в их противовоспалительном состоянии, называемом М2, также способствуют восстановлению мышечной силы и функций в мышиных моделях ДМД, и ранее команда Муни обнаружила, что они являются ключом к восстановлению остро поврежденных мышц у нормальных мышей. Однако в хронически воспаленных мышцах продвинутой модели Mdx, которые были нацелены на терапию IL-4 на основе NP в новом исследовании, макрофаги М2 не внесли существенного вклада в терапевтический эффект. "Наши объединенные результаты показывают, что одна и та же цитокиновая терапия может привести к совершенно разным иммунологическим результатам с терапевтическим воздействием на мышцы в зависимости от типа присутствующего воспаления", - сказал Муни.

"Этот подход, разработанный группой Дейва Муни в рамках Инициативы по иммуноматериалам Wyss, может быть разработан в качестве альтернативного, стратегически применимого решения для лечения пациентов с мышечной дистрофией Дюшенна, у которых потеря мышечной массы и функций не может быть эффективно остановлена никакими другими средствами. Тот же основной принцип цитокиновой терапии на основе NP может также иметь потенциал для целого ряда других мышечных расстройств, где воспаление является основной силой",-сказал директор-основатель Wyss Дональд Ингбер, доктор медицинских наук, доктор философии, который также является профессором сосудистой биологии Джуды Фолкмана в Гарвардской медицинской школе и Бостонской детской больнице, а также профессором биоинженерии в SEAS.

ИСТОЧНИК