Nanoparticulele de siliciu inhibă semnalele timpurii ale alergiilor în celulele mastocitare ale șoarecilor
Un studiu pe celule mastocitare de șoarece a evidențiat o diferență semnificativă între două nanoparticule create: SiO2 a diminuat activarea alergică indusă de antigen in vitro, în timp ce mTiO2 a arătat efecte citotoxice și proinflamatorii.
Într-o cercetare recentă publicată în jurnalul Scientific Reports, cercetătorii au analizat modul în care proprietățile fizico-chimice ale nanoparticulelor create pot influența activarea celulelor mastocitare, relevante pentru reacțiile de hipersensibilitate cutanată. Studiul a evaluat impactul nanoparticulelor de siliciu negativ încărcate (SiO2) și al dioxidului de titan dopat cu mangan (mTiO2) asupra celulelor mastocitare derivate din măduva osoasă (BMMCs).
Rezultatele studiului au arătat că, în timp ce nanoparticulele mTiO2 au demonstrat citotoxicitate pronunțată și efecte proinflamatorii, nanoparticulele SiO2 au protejat împotriva activării celulelor mastocitare induse de antigen in vitro. În prezența unui antigen țintă, SiO2 a suprimat semnificativ degranularea celulelor mastocitare și expresia markerilor de activare, oferind astfel informații mecaniste despre modul în care anumite nanoparticule pot modula răspunsurile imune alergice.
Dermatita de contact este o boală inflamatorie a pielii frecvent întâlnită, cu estimări actuale care indică faptul că această afecțiune afectează până la 9,8% din populație și reprezintă aproximativ 90% din tulburările cutanate ocupaționale în lumea industrializată. În plus, aceste rapoarte subliniază că incidența clinică a dermatitei alergice de contact este în creștere, cu 17 alergeni noi raportați anual (2008-2015).
Spre deosebire de dermatita de contact iritantă (ICD), dermatita alergică de contact (ACD) este o reacție de hipersensibilitate de tip întârziat, inițiată atunci când o barieră epidermică compromisă permite pătrunderea haptenelor exogene (de exemplu, nichel sau latex).
Încurajator, progresele recente în nanomateriale create au condus la studii in vivo care au arătat că nanoparticulele mici (95% bazate pe exprimarea c-kit (CD117+) și FcεRI+) au fost incluse în matricea experimentală. Matricea experimentală a utilizat două nanomateriale disponibile comercial: nanoparticulele amorfe de SiO2, încărcate negativ (dimensiunea medie a particulelor primare de 21,42 nm prin microscopie electronică de transmisie [TEM]) și nanoparticulele de mTiO2 (1%) încărcate negativ (56,02 nm).
Procedura experimentală a constat inițial în sensibilizarea BMMCs folosind 1 μg/mL anti-dinitrofenil (anti-DNP) IgE. Celulele sensibilizate au fost apoi expuse fie la nanoparticule, fie co-incubate cu 100 ng/mL antigen albumină serică umană DNP pentru a lega receptorii FcεRI și a modela activarea celulelor mastocitare mediată de antigen.
Parametrii cheie au fost măsurați folosind citometria de flux (pentru estimarea viabilității celulelor), teste de eliberare a β-hexosaminidazei (pentru cuantificarea degranulării) și profiluri de secreție a citokinelor (IL-6, IL-13 și TNF-α măsurate prin test de enzimo-imunoasociere [ELISA]).
În cele din urmă, citometria de flux multiparametrică a fost utilizată pentru a măsura intensitatea mediană a fluorescenței (MFI) a markerilor specifici de suprafață celulară pentru activare și degranulare, inclusiv FcεRI, CD117, CD63 și CD107a.
Profilul de citotoxicitate al studiului a stabilit că mTiO2 induce o moarte celulară semnificativă, în funcție de doză și timp. O expunere scurtă de 1 oră la concentrații >25 μg/mL a fost suficientă pentru a provoca o reducere de >30% a viabilității BMMC-urilor.
În contrast, SiO2 a demonstrat o biocompatibilitate remarcabilă, menținând 90% din viabilitate celulară chiar și după o incubație de 24 de ore (la 100 μg/mL). Imaginile TEM au confirmat că nanoparticulele mTiO2 (1 μg/mL) au fost active endocitozate în termen de 30 de minute, în timp ce nu s-au observat dovezi structurale de preluare pentru SiO2 (10 μg/mL).
În absența unui antigen, mTiO2 a acționat ca un stresor citotoxic și proinflamator, provocând degranulare de bază la 25 μg/mL și upregland producția de TNF-α după 24 de ore. În contrast, în condiții stimulate de alergen, SiO2 a exercitat un efect imunomodulator puternic, dependent de doză.
În plus, SiO2 a redus eliberarea IL-13 indusă de DNP după 24 de ore. În schimb, mTiO2 a avut un efect proinflamator, amplificând semnificativ eliberarea IL-6 indusă de DNP atât la 4, cât și la 24 de ore.
Analiza fenotipică a suprafeței a validat aceste descoperiri: DNP singur a indus cinetica de activare așteptată prin downreglarea FcεRI și CD117, în timp ce a upreglat proteinele de membrană asociate cu lizozomii (CD63 și CD107a).
Coexpunerea cu SiO2 a demonstrat că a oprit cu succes downreglarea FcεRI și a diminuat semnificativ vârfurile de exprimare a CD63 și CD107a. În contrast, coexpunerea cu mTiO2 nu a modificat substanțial răspunsurile FcεRI, CD117 sau CD107a induse de DNP și a downreglat ușor CD63.
Aceast studiu confirmă că nanoparticulele pot modula răspunsurile timpurii ale celulelor mastocitare implicând căile receptorilor IgE de înaltă afinitate, deși mecanismele non-IgE nu pot fi excluse. În timp ce mTiO2 acționează ca un stresor ambiental cu efecte citotoxice și proinflamatorii, SiO2 se comportă ca un supresor potent in vitro al activării celulelor mastocitare induse de antigen.
Deși studiul este limitat la un model in vitro, aceste descoperiri oferă un cadru mecanistic pentru evaluarea compușilor necunoscuți. În cele din urmă, această cercetare ar putea informa designul viitor al nanoterapiilor împotriva afecțiunilor alergice.
