Co to takiego "burza cytokin"?
Jak zabija nowy koronawirus? To właściwie nie on bezpośrednio jest odpowiedzialny za ogromne zniszczenia w tkance płucnej przy ciężkim przebiegu COVID-19, ale nasz własny układ immunologiczny. Koronawirus "tylko" go wyzwala.
W odpowiedzi na pojawienie się zakaźnych cząstek system odpornościowy reaguje zwykle szybko i skutecznie wysyłając do walki własne przeciwciała. Niestety, czasem ta odpowiedź immunologiczna okazuje się być niebezpieczna, gdy dochodzi do nadmiernej i niekontrolowanej kumulacji komórek odpornościowych w jednym miejscu, co może zakończyć się poważnym uszkodzeniem tkanek. Taki "wybuch" układu immunologicznego nazywany jest burzą cytokin lub kaskadą cytokin i staje się przyczyną poważnych powikłań i nierzadko zgonów.
Cytokiny są rodzajem białka wydzielanego przez leukocyty, białe ciałka krwi. Są uwalniane, gdy w organizmie rozwija się infekcja wirusowa lub bakteryjna, a ich zadaniem jest pobudzanie komórek odpornościowych do namnażania się i aktywności. Podobnie jak niedobór, tak i nadmiar tych białek jest niestety groźny. W przypadku COVID-19 przeciwciała, nakłonione przez cytokiny, chcąc zniszczyć wirusa, w sposób zmasowany atakują zainfekowaną tkankę płucna, powodują przy tym jednak ogromne zniszczenia.
Naukowcy zgłosili właśnie nowy pomysł na walkę ze śmiercionośną burzą cytokin. Opracowali nowy rodzaj białka, które po wstrzyknięciu do organizmu, jest w stanie przejąć na siebie nadmiar cytokin i tym samym nie dopuścić do uszkodzeń w komórkach chorego. Autorami pomysłu ą naukowcy z MIT (Massachusetts Institute of Technology), a publikacja na ten temat ukazała się w czasopiśmie Quarterly Review of Biophysics (QRB) Discovery.
Co to takiego "gąbka molekularna"?
Sam pomysł pojawił się dziesięć lat temu. Naukowcy z MIT pracowali wówczas nad sposobami modyfikowania niektórych białek w taki sposób, aby można je było badać nawet wtedy, gdy zostaną pozbawione błony komórkowej. Problem bowiem w tym, że po wyestrahowaniu z owej błony białka szybko tracą swoją strukturę i trudno jest je wtedy analizować. Aby ominąć ten problem naukowcy zaproponowali takie zmodyfikowanie hydrofobowych (czyli nie dających się zwilżać przez wodę) fragmentów białka, aby jednak dało się je rozpuścić w wodzie. To znacznie ułatwiło pracę innym naukowcom zajmującym się badaniem struktury białek.
Tę metodę modyfikacji białek naukowcy nazwali kodem QTY. Mówiąc ogólnie kod QTY polega na zastąpieniu niektórych hydrofobowych aminokwasów takimi, które mają podobną strukturę, ale dają się już rozpuścić w wodzie. Czyli np. leucyna jest zamieniana na glutaminę itd.
Następnie naukowcy przystąpili do projektowania rozpuszczalnych w wodzie białek, będących receptorami cytokin. Te receptory mieszczą się na powierzchni komórek odpornościowych, gdzie wiążą się bezpośrednio z cytokinami. W tamtym czasie naukowcy szukali sposobu na zneutralizowanie burzy cytokin towarzyszących takim infekcjom, jak zakażenie HIV czy zapalenie wątroby. Do burzy cytokin może dojść także w trakcie immunoterapii raka.
Zespół naukowców do kolejnych eksperymentów przystąpił w kwietniu 2019 roku, a zatem jeszcze przed wybuchem epidemii COVID-19. Badacze nie przypuszczali wówczas, że ich pomysł może okazać się niebawem tak przydatny. I tutaj dochodzimy do wspomnianej wyżej "molekularnej gąbki".
Zespół wpadł na pomysł, aby wykorzystując kod QTY zaprojektować takie białka, które wchłaniałyby nadmiar cytokin niczym gąbka wodę. Stworzyli rozpuszczalne w wodzie wersje receptorów cytokin, które teraz mogły swobodnie przemieszczać się wraz z krwią, zamiast od razu przyklejać się do napotkanych komórek. Dodatkowo te zmodyfikowane białka receptorowe połączone są z regionem Fc białka IgG, tworząc strukturę podobną do przeciwciała, co zapobiega atakowaniu ich przez układ odpornościowy.
W sumie powstało sześć różnych białek, naśladujących sześć odmiennych receptorów cytokin. Rozpoznają one takie rodzaje cytokin jak interferon, interleukina oraz chemokiny (inaczej cytokiny chemotaktyczne).
Zaprojektowane przez nas receptory cytokin pochłaniają większość białek uwalnianych podczas burzy cytokin
- piszą autorzy projektu.
Czas na praktyczne zastosowanie "gąbki molekularnej"
Ten czas nadszedł wraz z doniesieniami, że ciężkim przypadkom COVID-19 towarzyszy burza cytokin. Naukowcy uświadomili sobie, że ich pomysł może pomóc w czasie koronawirusowej epidemii. Udostępnili zatem wyniki swoich prac i aktualnie planują testy na zwierzętach, a następnie - jeśli wszystko dobrze się ułoży - testy kliniczne z udziałem ludzi. Mają nadzieję na sukces i wykorzystanie wyników ich badań w leczeniu chorych na COVID-19.
Autorami pracy są Shilei Hao, David Jin, Shuguang Zhang oraz Rui Qing.
Źródła: Medical XPress,Cambridge.org, MIT News
