Magnetiske felter driver lægemiddelfyldte nanopartikler for at reducere blodkarblokeringer i et dyreforsøg

Forskere og ingeniører har brugt ensartede magnetfelter til at drive jernholdige nanopartikler til metalstents i beskadigede blodkar, hvor partiklerne leverer en lægemiddelnyttelast, der med succes forhindrer blokeringer i disse kar. I denne dyreundersøgelse, den nye teknik opnåede bedre resultater ved en lavere dosis end konventionel ikke-magnetisk stentterapi.

Udført i cellekulturer og rotter, forskningen er den seneste i en række af undersøgelser på The Children's Hospital of Philadelphia, der viser gennemførligheden af ​​magnetisk styrede nanopartikler som en ny leveringsplatform for en række mulige terapeutiske laster:DNA, celler og lægemidler. Resultaterne kan sætte scenen for et nyt medicinsk værktøj, kaldet vaskulær magnetisk intervention.

"Dette kan blive en vigtig platformsteknologi til levering af lægemidler og andre midler til specifikke steder, hvor de kan give fordele i syge eller skadede blodkar, " sagde studieleder Robert J. Levy, M.D., William J. Rashkind-uddannet stol i pædiatrisk kardiologi på The Children's Hospital of Philadelphia.

Forskningen vises i P roceedings af National Academy of Sciences , offentliggjort online i denne uge. Levys gruppe fra børnehospitalet samarbejdede med ingeniører og videnskabsmænd fra Drexel University, Northeastern University og Duke University.

Levys arbejde introducerer et nyt leveringssystem til en eksisterende medicinsk teknologi - kateterudsatte stenter. Patienter med hjertesygdom får almindeligvis sådanne stents, smalle metalstilladser, der udvider et delvist tilstoppet blodkar. Disse stenter er ofte belagt med antiproliferative lægemidler, såsom paclitaxel. Paclitaxel hæmmer ophobningen af ​​glatte muskelceller i stenten, der forårsager en obstruktion.

Imidlertid, nuværende lægemiddel-eluerende stents har deres begrænsninger. De indeholder en fast dosis medicin, god til kun én udgivelse. Hos et betydeligt antal patienter, der opstår reobstruktion. Levys magnetisk styrede system udvider mulighederne for stents, da magnetisk målretning tillader brug af højere doser, gendosering, hvis problemerne opstår igen, og brug af mere end én type midler til at behandle et blodkar med en stent.

Levy gjorde brug af nanoteknologi - anvendelsen af ​​ekstremt små materialer. Hans laboratorieteam skabte nanopartikler, cirka 290 nanometer på tværs, lavet af en biologisk nedbrydelig polymer og imprægneret med magnetit, et jernoxid. (En nanometer er en milliontedel af en millimeter; disse nanopartikler er ti til 100 gange mindre end røde blodlegemer.). Magnetitten i partiklerne reagerer stærkt på et magnetfelt. At være bionedbrydeligt, partiklerne nedbrydes sikkert i kroppen efter at have sluppet deres nyttelast.

Levys team implanterede først stents af rustfrit stål i halspulsårerne på levende rotter. Efter at have injiceret paclitaxel-ladede nanopartikler i rotterens arterier gennem et kateter, de producerede et ensartet magnetfelt omkring hver rotte i fem minutter. Det magnetiske felt, sammenlignelig med den, der produceres af eksisterende MR-maskiner, men en tiendedel så stærk, magnetiserede både stents og nanopartikler, og drev partiklerne ind i stenterne og det nærliggende arterielle væv.

Forskerne indsatte stents og nanopartikler i en gruppe kontrolrotter, men uden at bruge et magnetfelt. Fem dage efter modtagelse af nanopartikelinfusionen, de magnetisk behandlede dyr havde fire til 10 gange så mange partikler i deres stenterede arterier som kontroldyrene.

I øvrigt, at bruge magnetfelter til at koncentrere behandlingen havde en varig effekt. Fjorten dage efter brug af magnetfeltet og en enkelt dosis af magnetisk nanopartikel-indkapslet paclitaxel, forskerne fandt, at rottearterierne havde signifikant lavere restenose end fundet i arterier hos kontrolrotter, der ikke havde nogen magnetisk behandling.

I løbet af de sidste mange år, Levy og kolleger har vist lignende beviser på konceptet i andre dyreforsøg, ved hjælp af magnetisk styrede nanopartikler til at levere genterapi og terapeutiske endotelceller til arterielle stenter. Teknikken er alsidig, Levy siger, tilføjer, at det også kunne levere en bred vifte af effektive terapeutiske midler.

Stenter og magnetfelter kan også levere kombinationsbehandlinger. Nanopartikler kunne bære forskellige midler samtidigt eller på forskellige tidspunkter. Da stenterne forbliver på plads, læger kunne trække patienter tilbage, levering af terapeutiske midler gennem katetre under magnetisk vejledning. Fordi den magnetiske effekt koncentrerer sin leveringspakke på det specifikke sted for en stent, læger kunne opnå stærkere virkninger med lavere samlede doser af et givet middel. Bidrager til teknikkens effektivitet, de polymerbaserede nanopartikler gav vedvarende lægemiddelfrigivelse i løbet af undersøgelsens 14-dages forløb.

Levy forestiller sig en fremtidig terapi kaldet vaskulær magnetisk intervention, hvor en patient ville modtage regelmæssige behandlinger fra en vaskulær kirurg eller interventionel kardiolog, der leverer doser af terapeutiske nanopartikler under et lavt niveau, ensartet magnetfelt.

Selvom stents i øjeblikket primært bruges til hjertepatienter, Levy nævnte et stort udækket behov blandt de millioner af patienter med kronisk perifer arteriesygdom. Hos diabetespatienter med dårligt kredsløb, for eksempel, lægemiddel-eluerende stents har haft "skuffende resultater, " siger Levy, fordi benarterierne er større end kranspulsårerne, og utilstrækkelige lægemiddeldoser er inkluderet i stentbelægningen. "Vores teknik giver muligheder for en ny tilgang, hvor vi kan variere doser og gentage behandlingerne, " tilføjer han.

Hos børn, stenter bruges til mekanisk at forstørre anatomiske strukturer til tilstande såsom perifer lungearteriestenose, hjertefejlens koarktation af aorta, og atrielle septumdefekter skabt af interventionelle teknikker for at tilvejebringe oxygeneret blod. Levy foreslår, at de magnetisk styrede nanopartikler kan levere lægemidler, der kan forbedre resultaterne i hver af disse indstillinger, samt en række andre stentbaserede interventioner, der anvendes i pædiatrisk kardiologi.

For de magnetisk-styrede nanopartikler, som Levy studerer, potentielle kliniske anvendelser er stadig i fremtiden, men muligvis ikke for fjernt. Han forventer at samarbejde med kliniske forskere i de næste par år for at bringe vaskulær magnetisk intervention tættere på den kliniske virkelighed. "Denne teknik er klar til at blive en ny platform for interventionelle behandlinger, der kunne være mere sikre og mere effektive end de nuværende behandlinger, " han sagde.