Bionedbrydelige partikler kan omgå slim, frigive medicin over tid

Forskere fra Johns Hopkins University har skabt bionedbrydelige nanosiserede partikler, der let kan glide gennem kroppens klæbrige og viskøse slimudskillelser for at levere en medicinfragt med langvarig frigivelse.

Forskerne siger, at disse nanopartikler, som nedbrydes over tid til harmløse komponenter, en dag kunne bære livreddende lægemidler til patienter, der lider af snesevis af helbredstilstande, herunder øjensygdomme, lunge, tarm eller kvindelige reproduktive kanaler.

De slimpenetrerende bionedbrydelige nanopartikler blev udviklet af et tværfagligt team ledet af Justin Hanes, en professor i kemisk og biomolekylær teknik i Whiting School of Engineering på Johns Hopkins. Holdets arbejde blev for nylig rapporteret i Procedurer fra National Academy of Sciences . Hanes 'samarbejdspartnere omfattede cystisk fibrose -ekspert Pamela Zeitlin, en professor i pædiatri ved Johns Hopkins School of Medicine og direktør for pædiatrisk lungemedicin ved Johns Hopkins Children's Center.

Disse nanopartikler, Zeitlin sagde, kunne være et ideelt middel til at levere medicin til mennesker med cystisk fibrose, en sygdom, der dræber børn og voksne ved at ændre slimbarrierer i lunge og tarm.

"Cystisk fibrose slim er notorisk tykt og klæbrigt og repræsenterer en enorm barriere for aerosoliseret lægemiddeltilførsel, "sagde hun." I vores undersøgelse, nanopartiklerne blev konstrueret til at rejse gennem cystisk fibrose slim med en meget større hastighed end nogensinde før, derved forbedre lægemiddeltilførslen. Dette arbejde er kritisk vigtigt for at komme videre med den næste generation af små molekyler og genbaserede terapier. "

Ud over deres potentielle anvendelser for patienter med cystisk fibrose, nanopartiklerne kan også bruges til at behandle lidelser som lunge- og livmoderhalskræft, og betændelse i bihulerne øjne, lunger og mave -tarmkanaler, sagde Benjamin C. Tang, hovedforfatter af den nylige tidsskriftartikel og en postdoktor ved Institut for Kemisk og Biomolekylær Teknik.

"Kemoterapi gives typisk til hele kroppen og har mange uønskede bivirkninger, "sagde han." Hvis medicin er indkapslet i disse nanopartikler og indåndet direkte i lungerne hos lungekræftpatienter, medicin kan nå lungetumorer mere effektivt, og der kan opnås forbedrede resultater, især for patienter diagnosticeret med ikke-småcellet lungekræft på et tidligt stadium. "

I lungerne, øjne, mave -tarmkanalen og andre områder, menneskekroppen producerer slimlag for at beskytte følsomt væv. Men en uønsket bivirkning er, at disse slimbarrierer også kan holde nyttige medicin væk.

I proof-of-concept eksperimenter, tidligere forskerhold ledet af Hanes viste tidligere, at latexpartikler belagt med polyethylenglycol kunne glide forbi slimbelægninger. Men latexpartikler er ikke et praktisk materiale til levering af medicin til mennesker, fordi de ikke nedbrydes af kroppen. I den nye undersøgelse, forskerne beskrev, hvordan de tog et vigtigt skridt fremad med at lave nye partikler, der nedbrydes i harmløse komponenter, mens de leverede deres lægemiddellast over tid.

"Det store fremskridt her er, at vi var i stand til at lave bionedbrydelige nanopartikler, der hurtigt kan trænge igennem tykke og klæbrige slimudskillelser, og at disse partikler kan transportere en lang række terapeutiske molekyler, fra små molekyler som kemoterapi og steroider til makromolekyler såsom proteiner og nukleinsyrer, "Sagde Hanes." Tidligere har vi kunne ikke få den slags behandlinger med langvarig frigivelse effektivt gennem kroppens klæbrige slimlag. "

De nye bionedbrydelige partikler består af to dele fremstillet af molekyler, der rutinemæssigt bruges i eksisterende medicin. En indre kerne, består hovedsageligt af polysebacic acid (PSA), fanger terapeutiske midler inde. En særlig tæt ydre belægning af polyethylenglycol (PEG) molekyler, som er knyttet til PSA, tillader en partikel at bevæge sig gennem slim næsten lige så let, som hvis den bevægede sig gennem vand og tillader også, at lægemidlet forbliver i kontakt med berørte væv i en længere periode.

I Hanes tidligere undersøgelser med slimpenetrerende partikler, latexpartikler kunne effektivt belægges med PEG, men kunne ikke frigive lægemidler eller nedbryde biologisk. I modsætning til latex, imidlertid, PSA kan nedbrydes til naturligt forekommende molekyler, der nedbrydes og skylles væk af kroppen gennem nyrerne, for eksempel. Når partiklerne nedbrydes, de lægemidler, der læsses inde, frigives.

Denne egenskab ved PSA muliggør vedvarende frigivelse af lægemidler, sagde Samuel Lai, assisterende forskningsprofessor i Institut for Kemisk og Biomolekylær Teknik, mens de designer dem til slimindtrængning giver dem mulighed for lettere at nå utilgængelige væv.

Jie Fu, en assisterende forskningsprofessor, også fra Institut for Kemisk og Biomolekylær Teknik, sagde, "Når det nedbrydes, PSA kommer ud sammen med lægemidlet over en kontrolleret tid, der kan nå dage til uger. "

Polyethylenglycol fungerer som et skjold for at beskytte partiklerne mod at interagere med proteiner i slim, der ville få dem til at blive ryddet, før deres indhold frigives. I en beslægtet forskningsrapport, gruppen viste, at partiklerne effektivt kan indkapsle flere kemoterapeutiske midler, og at en enkelt dosis af lægemiddelbelastede partikler var i stand til at begrænse tumorvækst i en musemodel af lungekræft i op til 20 dage.