(Malattie autoimmuni-Immagine Credit Public Domain).
Le malattie autoimmuni, vale a dire le malattie in cui il nostro sistema immunitario danneggia il corpo, stanno crescendo, ma sappiamo poco su ciò che le provoca.
I ricercatori sono ora un passo più vicini alla spiegazione. Con l’aiuto di una nuova tecnica, i ricercatori dell’Università di Aarhus sono riusciti a identificare le particelle nel sangue che determinano lo sviluppo delle malattie autoimmuni. Hanno scoperto che i pazienti con la malattia autoimmune Lupus Eritematoso Sistemico (chiamato anche SLE o Lupus), formano un tipo precedentemente sconosciuto di particella proteica nel sangue e che questa particella è così grande che si fa strada nella parete vascolare dove provoca danni. La malattia è potenzialmente pericolosa per la vita e può causare, ad esempio, coaguli di sangue e infiammazione delle articolazioni e degli organi.
La nanotecnologia consente indagini su singole biomacromolecole, ma le sfide tecniche hanno limitato l’applicazione nelle biopsie liquide, ad esempio nel plasma sanguigno. Tuttavia, gli strumenti per caratterizzare le singole specie molecolari in tali campioni rappresentano una significativa esigenza insoddisfatta con il crescente apprezzamento dell’importanza fisiologica dei cambiamenti strutturali delle proteine su scala nanometrica. La lectina legante il mannosio (MBL) è una proteina plasmatica oligomerica e fa parte del sistema immunitario innato grazie alla sua capacità di attivare il complemento. MBL svolge anche un ruolo di spazzino per i detriti cellulari, in particolare il DNA. Ciò potrebbe collegare le funzioni della MBL con diverse malattie infiammatorie in cui il DNA privo di cellule sembra ora svolgere un ruolo, ma mancano informazioni meccanicistiche. Rendendo possibile l’analisi di tracciamento delle nanoparticelle nel plasma umano, ora mostriamo che le strutture superoligomeriche di MBL formano nanoparticelle con DNA. Questi oligomeri sono correlati con l’attività della malattia nei pazienti con lupus eritematoso sistemico. Con la quantificazione diretta del raggio idrodinamico, calcoli secondo i principi della dispersione di Taylor nel flusso sanguigno, collegano la dimensione di questi complessi all’infiammazione endoteliale che è tra le più importanti morbilità nel lupus. L’analisi meccanicistica di un modello animale di lupus ha confermato che i superoligomeri stabilizzati dal DNA stimolano la formazione di cellule B del centro germinale e guidano la perdita della tolleranza immunologica. La formazione comporta una relazione inversa tra la concentrazione di superoligomeri MBL e gli anticorpi contro il DNA a doppio filamento. Il nostro approccio implica la struttura dei nanoparticolati DNA-proteina nella patobiologia delle malattie autoimmuni.
Particelle misurate in nanometri
“Possiamo vedere che i pazienti con Lupus hanno una proporzione elevata di queste grandi particelle nel sangue. A causa delle loro dimensioni, queste particelle sono distribuite proprio sul bordo del vaso sanguigno, da dove possono potenzialmente finire nella parete del vaso e creare infiammazione”, spiega il postdoc Kristian Juul-Madsen del Dipartimento di Biomedicina dell’Università di Aarhus che è l’autore principale dell’articolo pubblicato di recente. Lo studio descrive come i ricercatori sono stati in grado di utilizzare una nuova tecnica che consente loro di seguire particelle proteiche specifiche nel campione di sangue del paziente e misurarne le dimensioni in nanometri. In questo modo, diventa chiaro che la portata e la struttura delle particelle sono cruciali per lo sviluppo della malattia.
“Colleghiamo le particelle proteiche con piccole particelle metalliche, che emettono una forte fluorescenza quando illuminate da un laser. Possiamo seguire il processo su uno schermo e questo ci ha portato a scoprire che i pazienti con Lupus hanno una concentrazione molto più alta delle particelle molto grandi“, spiega Kristian Juul-Madsen.
“La tecnica consente di identificare qualcosa di raro, ma assolutamente cruciale per lo sviluppo della malattia nei pazienti con Lupus. Immaginiamo che ci sia un livello critico al quale devi rimanere al di sotto per evitare la malattia”, afferma.
La diagnosi precoce della malattia è importante perché il trattamento può ridurre i sintomi e prevenire danni agli organi. Pertanto, è estremamente interessante anche in un contesto clinico per i ricercatori poter prelevare un campione di sangue e già cinque minuti dopo avere una risposta se il paziente è in via di sviluppo del Lupus o è già malato.
Vedi anche:Studio sui topi mostra che la proteina chaperone protegge dalle malattie autoimmuni
Campioni di sangue già raccolti
Lo studio sui pazienti affetti da lupus è stato avviato in collaborazione con il Dipartimento di reumatologia dell’Ospedale universitario di Aarhus, dove la cancelliera capo Anne Margrethe Troldborg, che è anche assistente Professore presso il Dipartimento di biomedicina, ha raccolto una delle più ampie coorti di lupus in Danimarca. Il suo lavoro con i pazienti affetti da Lupus ha dato ai ricercatori un vantaggio, poiché erano già stati raccolti campioni di sangue da pazienti e gruppi di controllo, un lavoro che altrimenti richiederebbe diversi anni.
Le aspettative sono che la nuova tecnica sarà disponibile come strumento diagnostico nella clinica dell’Ospedale universitario di Aarhus entro 5-10 anni.
Tecnologia brevettata
La scoperta delle particelle patogene fornisce una migliore comprensione del motivo per cui si verifica la malattia. A lungo termine, si spera che la scoperta aiuti a prevenire lo sviluppo del lupus e a migliorare la conoscenza da parte dei ricercatori dei fattori ereditari e di altro tipo. Insieme al Professor Thomas Vorup-Jensen, Kristian Juul Madsen ha brevettato la tecnologia chiamata NIP-Q (Nanoscale Immunoactive Protein Quantification).
Il team di ricerca si aspetta che la tecnica possa essere utilizzata anche per rilevare altre malattie infiammatorie come l’artrite reumatoide.
“Nella comunità di ricerca ci si concentra su come le malattie infiammatorie portano al rilascio di DNA nel sangue e come il processo può in una certa misura attivare il sistema immunitario. Ma abbiamo acquisito una visione completamente nuova producendo un’analisi delle dimensioni dei componenti del sangue. È profondamente affascinante vedere come possiamo utilizzare la nuova tecnica per trovare una correlazione tra la dimensione delle particelle e la risposta immunitaria“, afferma Thomas Vorup-Jensen.
Il ricercatore spiega che spesso è difficile per i medici fare una diagnosi precisa e monitorare lo sviluppo di una malattia autoimmune. Ciò può rendere difficili le decisioni sui farmaci e la misurazione del loro effetto.
Spiegano gli autori:
“I progressi nella comprensione e nel trattamento delle malattie infiammatorie si basano su un’accurata caratterizzazione della patologia molecolare. Dall’applicazione dell’analisi di tracciamento delle nanoparticelle, esponiamo un’intuizione fondamentale nella struttura delle proteine oligomeriche come stimolanti polivalenti delle cellule B autoreattive. La quantificazione dei raggi idrodinamici implica queste grandi proteine come parte del danno vascolare, che è un’importante fonte di morbilità e morte in conseguenza dell’autoimmunità. Alterazioni disregolate nella concentrazione proteica sono state spesso ricercate come spiegazione per le malattie. Il nostro lavoro evidenzia ora la dimensione delle proteine come parametro chiave nella risposta infiammatoria sia all’interno che all’esterno degli organi linfoidi. In questo modo, i nostri risultati possono avere ampie implicazioni per la comprensione delle associazioni di malattie basate sulla polimerizzazione e sui cambiamenti del raggio idrodinamico delle macromolecole biologico”.
Informazioni sullo studio:
- Lo studio è un’analisi sperimentale della struttura proteica, sia in forma pura che in confronto con campioni di sangue prelevati da pazienti affetti da Lupus. Sulla base dei valori sperimentali per la dimensione della proteina (raggio idrodinamico), sono stati effettuati calcoli teorici sulla distribuzione delle particelle proteiche nel sangue per diametri dei vasi noti e pressione sanguigna. Lo studio prevede anche esperimenti sui topi.
- Lo studio è stato condotto in collaborazione tra ricercatori della Aarhus University, dell’Aarhus University Hospital, dell’Università di Copenhagen e del National Institutes of Health, Maryland, USA.
- Lo studio è sostenuto dalla Aarhus University Research Foundation, dalla Novo Nordisk Foundation e dalla Lundbeck Foundation.
- Il gruppo di ricerca ha presentato una domanda di brevetto per l’invenzione con l’Università di Aarhus come titolare.
- Lo studio è stato pubblicato su Proceedings of the National Academy of Sciences.
