COVID-19大流行凸显了急性肺部炎症(ALI)的破坏性影响，ALI是急性呼吸窘迫综合征(ARDS)的一部分，而ARDS是COVID-19的主要死亡原因。潜在的新路线的诊断和治疗ARDS来自研究中性粒细胞——白细胞负责检测和消除体内有害粒子——区分材料的吸收材料表面结构,有利于粒子的吸收,表现出“蛋白质凝结,”宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院的一项新研究表明。研究结果发表在《自然纳米技术》杂志上。
研究人员调查了中性粒细胞如何区分被破坏的细菌和血液中的其他化合物，如胆固醇颗粒。他们在患有ALI的小鼠身上测试了一个由23种不同的蛋白质基纳米颗粒组成的文库，揭示了一套预测中性粒细胞摄取的“规则”。中性粒细胞不吸收对称的、刚性的粒子，如病毒，但它们会吸收表现出“蛋白质聚集”的粒子，研究人员称之为带有凝集蛋白的纳米颗粒(nap)。
“我们希望利用中性粒细胞的现有功能，识别和消除入侵者，以告知如何设计一个‘特洛伊木马’纳米颗粒，过度活跃的中性粒细胞将摄入并提供治疗，以缓解ALI和ARDS。”该研究的第一作者、系统药理学和转化治疗学系博士后研究员Jacob Myerson博士说。“不过，为了构建这种‘特洛伊木马’输送系统，我们必须确定中性粒细胞如何识别血液中需要吸收的粒子。”
急性呼吸衰竭和急性呼吸窘迫综合征是危及生命的呼吸衰竭形式，发病率和死亡率很高。在COVID-19之前，美国每年有19万例ARDS病例，7.5万人死亡，其中ARDS由肺炎、败血症和创伤引起。然而，COVID使ARDS病例增加到数百万例。当发生ALI或ARDS时，肺的气囊将中性粒细胞吸收到肺中，以清除循环中的微生物。这一过程导致中性粒细胞释放化合物，进一步加重肺损伤和损害气囊，因此患者出现低血氧水平。不幸的是，尽管ALI/ARDS很严重，但没有有效的药物来控制它，目前的治疗集中在支持患者，使其肺部自然但缓慢地愈合。
为了解决急性呼吸窘迫综合征和其他医疗问题，宾夕法尼亚大学和其他地方的研究人员一直在使用纳米颗粒将药物集中在受伤或患病的器官中。这种纳米颗粒也被用于基因治疗和免疫治疗。
这组科学家指出，尽管使用纳米颗粒通过中性粒细胞提供治疗的ALI/ARDS可行疗法的开发还有很长的路要走，但这项研究代表了在了解免疫系统的状况和功能方面迈出了重要的一步。
“现在我们已经确定，中性粒细胞会巡视带有凝集蛋白的纳米颗粒，我们的下一步是了解其他微生物，比如病毒，这些刚性和对称的微生物，是如何以及为什么进化来躲避中性粒细胞的，”资深作者雅各布·布伦纳博士说，他是肺病、过敏和重症监护部门的肺病医学副教授。“有了这些知识，我们可以继续利用这种材料科学和工程的独特结合，以针对更先进和复杂的病理创造特定的疾病疗法。”
Supramolecular arrangement of protein in nanoparticle structures predicts nanoparticle tropism for neutrophils in acute lung inflammation