Nye nanoburre kan tilføje et arsenal af behandlinger mod hjertesygdomme

(PhysOrg.com) - Forskere ved MIT og Harvard Medical School har bygget målrettede nanopartikler, der kan klamre sig til arterievægge og langsomt frigive medicin, et fremskridt, der potentielt giver et alternativ til lægemiddelfrigørende stents hos nogle patienter med hjerte-kar-sygdomme.

Bygger på deres tidligere arbejde med at levere kræftmedicin med nanopartikler, MIT og Harvard forskere har rettet deres opmærksomhed mod hjerte-kar-sygdomme, designe nye partikler, der kan klæbe til beskadigede arterievægge og langsomt frigive medicin.

Partiklerne, kaldet "nanoburrs, ” er belagt med bittesmå proteinfragmenter, der gør det muligt for dem at klæbe til beskadigede arterielle vægge. Når først sidder fast, de kan frigive medicin såsom paclitaxel, som hæmmer celledeling og hjælper med at forhindre vækst af arvæv, der kan tilstoppe arterier.

"Dette er et meget spændende eksempel på nanoteknologi og cellemålretning i aktion, som jeg håber vil have brede konsekvenser, " siger MIT Institute Professor Langer, seniorforfatter af et papir, der beskriver nanopartiklerne i denne uges nummer af Proceedings of the National Academy of Sciences.

Langer og Omid Farokhzad, lektor ved Harvard Medical School og en anden seniorforfatter af papiret, har tidligere udviklet nanopartikler, der opsøger og ødelægger tumorer. Deres nanoburre, imidlertid, er blandt de første partikler, der kan nulstilles på beskadiget karvæv.

Mark Davis, professor i kemiteknik ved Caltech, siger, at arbejdet er et lovende skridt mod nye behandlinger for hjerte-kar- og andre sygdomme. ”Hvis de kunne gøre dette hos patienter - målpartikler til skadede områder - kunne det åbne alle mulige nye muligheder, siger Davis, som ikke var involveret i denne undersøgelse.

På mål

I øjeblikket, en af ​​standardmetoderne til at behandle tilstoppede og beskadigede arterier er ved at implantere en vaskulær stent, som holder arterien åben og frigiver medicin som paclitaxel. Forskerne håber, at deres nye nanoburrs kan bruges sammen med sådanne stents - eller i stedet for dem - til behandling af skader placeret i områder, der ikke er velegnede til stents, såsom nær en gaffel i arterien.

Nanoburrerne er målrettet mod en struktur kendt som basalmembranen, som beklæder arterievæggene, men kun er blotlagt, når disse vægge er beskadigede. For at bygge deres nanopartikler, holdet screenede et bibliotek af korte peptidsekvenser for at finde en, der binder mest effektivt til molekyler på overfladen af ​​basalmembranen. De brugte den mest succesrige, en syv-aminosyresekvens kaldet C11, at belægge det ydre lag af deres nanopartikler.

Den indre kerne af partiklerne med en diameter på 60 nanometer bærer stoffet, som er bundet til en polymerkæde kaldet PLA. Et mellemlag af sojabønnelecithin, et fedtstof, ligger mellem kernen og den ydre skal, som består af en polymer kaldet PEG, der beskytter partiklerne, når de rejser gennem blodbanen.

Lægemidlet kan kun frigives, når det løsner sig fra PLA-polymerkæden, som sker gradvist ved en reaktion kaldet esterhydrolyse. Jo længere polymerkæden er, jo længere denne proces tager, så forskerne kan kontrollere tidspunktet for lægemidlets frigivelse ved at ændre kædelængden. Indtil nu, de har opnået lægemiddelfrigivelse over 12 dage, i forsøg i dyrkede celler.

Uday Kompella, professor i farmaceutiske videnskaber ved University of Colorado, siger, at nanoburrens struktur kunne gøre det lettere at fremstille, fordi de målrettede peptider er knyttet til en ydre skal og ikke direkte til den lægemiddelbærende kerne, hvilket ville kræve en mere kompliceret kemisk reaktion. Designet reducerer også risikoen for, at nanopartiklerne brister og frigiver lægemidler for tidligt, siger Kompella, som ikke var involveret i denne undersøgelse.

En anden fordel ved nanoburrerne er, at de kan injiceres intravenøst ​​på et sted fjernt fra det beskadigede væv. Ved test på rotter, forskerne viste, at nanoburre injiceret nær halen er i stand til at nå deres tilsigtede mål - væggene i den skadede halspulsåre, men ikke normale halspulsårer. Graterne bandt sig til de beskadigede vægge med dobbelt så høj hastighed som ikke-målrettede nanopartikler.

Fordi partiklerne kan levere lægemidler over en længere periode, og kan injiceres intravenøst, patienter ville ikke skulle udholde gentagne og kirurgisk invasive injektioner direkte i det område, der kræver behandling, siger Juliana Chan, en kandidatstuderende i Langers laboratorium og hovedforfatter af papiret.

Holdet tester nu nanoburrerne i rotter over en to-ugers periode for at bestemme den mest effektive dosis til behandling af beskadiget vaskulært væv. Partiklerne kan også vise sig nyttige ved levering af lægemidler til tumorer. "Denne teknologi kan have bred anvendelse på tværs af andre vigtige sygdomme, herunder kræft og inflammatoriske sygdomme, hvor vaskulær permeabilitet eller vaskulær skade er almindeligt observeret, " siger Farokhzad.