Forskere er tættere på at frigøre potentialet for syntetisk blod

Et team af forskere har skabt partikler, der nøje afspejler nogle af røde blodlegemers nøgleegenskaber, potentielt være med til at bane vejen for udviklingen af ​​syntetisk blod.

Den nye opdagelse - skitseret i en undersøgelse, der vises i online-tidlige udgave af Proceedings of the National Academy of Sciences i ugen den 10. januar, 2011 - kan også føre til mere effektive behandlinger for livstruende medicinske tilstande såsom kræft.

University of North Carolina ved Chapel Hill-forskere brugte teknologi kendt som PRINT (Particle Replication in Non-wetting Templates) til at producere meget bløde hydrogelpartikler, der efterligner størrelsen, form og fleksibilitet af røde blodlegemer, lader partiklerne cirkulere i kroppen i længere perioder.

Test af partiklernes evne til at udføre funktioner såsom at transportere ilt eller bære terapeutiske lægemidler er ikke blevet udført, og de forbliver ikke i det kardiovaskulære system så længe som rigtige røde blodlegemer.

Imidlertid, forskerne mener, at resultaterne – især med hensyn til fleksibilitet – er væsentlige, fordi røde blodlegemer naturligt deformeres for at passere gennem mikroskopiske porer i organer og snævre blodkar. I løbet af deres 120 dages levetid, rigtige celler bliver gradvist stivere og filtreres til sidst ud af cirkulationen, når de ikke længere kan deformeres nok til at passere gennem porerne i milten. Til dato, forsøg på at skabe effektive efterligninger af røde blodlegemer har været begrænset, fordi partiklerne har tendens til hurtigt at blive filtreret ud af cirkulationen på grund af deres ufleksibelhed.

Udover at komme tættere på at producere fuldsyntetisk blod, resultaterne kan påvirke tilgange til behandling af kræft. Kræftceller er blødere end raske celler, gør det muligt for dem at indlogere sig forskellige steder i kroppen, fører til spredning af sygdommen. Partikler fyldt med kræftbekæmpende medicin, der kan forblive i cirkulation længere, kan åbne døren til mere aggressive behandlingsmetoder.

"At skabe partikler til udvidet cirkulation i blodbanen har været en væsentlig udfordring i udviklingen af ​​lægemiddelleveringssystemer fra begyndelsen, " sagde Joseph DeSimone, Ph.D., undersøgelsens co-lead investigator, Kanslerens eminente professor i kemi ved UNC's College of Arts and Sciences, medlem af UNC's Lineberger Comprehensive Cancer Center og William R. Kenan Jr. Distinguished Professor of Chemical Engineering ved N.C. State University. "Selvom vi bliver nødt til at overveje partikeldeformerbarhed sammen med andre parametre, når vi studerer partiklernes adfærd i den menneskelige krop, Vi mener, at denne undersøgelse repræsenterer en reel game changer for fremtiden for nanomedicin."

Chad Mirkin, Ph.D., George B. Rathmann professor i kemi ved Northwestern University, sagde evnen til at efterligne en krops naturlige processer til medicinske formål har været et langvarigt, men undvigende mål for forskere. "Disse resultater er væsentlige, da evnen til reproducerbart at syntetisere partikler i mikronskala med afstembar deformerbarhed, der kan bevæge sig ubegrænset gennem kroppen ligesom røde blodlegemer, åbner døren til en ny grænse inden for behandling af sygdom, " sagde Mirkin, som også er medlem af præsident Obamas råd for videnskab og teknologi og direktør for Northwesterns internationale institut for nanoteknologi.

UNC-forskere designede hydrogelmaterialet til undersøgelsen for at lave partikler af varierende stivhed. Derefter, ved hjælp af PRINT-teknologi - en teknik opfundet i DeSimones laboratorium til at producere nanopartikler med kontrol over størrelsen, form og kemi - de skabte forme, som blev fyldt med hydrogelopløsningen og behandlet til at producere tusindvis af røde blodlegemelignende skiver, hver kun 6 mikrometer i diameter.

Holdet testede derefter partiklerne for at bestemme deres evne til at cirkulere i kroppen uden at blive filtreret ud af forskellige organer. Når de blev testet i mus, de mere fleksible partikler holdt 30 gange længere end stivere:de mindst fleksible partikler forsvandt fra cirkulationen med en halveringstid på 2,88 timer, sammenlignet med 93,29 timer for de mest fleksible. Stivhed påvirkede også, hvor partiklerne til sidst endte:mere stive partikler havde en tendens til at sætte sig fast i lungerne, men det gjorde de mere fleksible partikler ikke; i stedet, de blev fjernet af milten, det organ, der typisk fjerner gamle rigtige røde blodlegemer.