Akilleshæl:Populære lægemiddelbærende nanopartikler bliver fanget i blodbanen

Mange medicinsk indstillede forskere er på jagt efter design, der vil tillade lægemiddelbærende nanopartikler at navigere i væv og cellers indre, men ingeniører fra University of Michigan har opdaget, at disse partikler har en anden hindring at overvinde:at undslippe blodbanen.

Lægemiddelleveringssystemer lover præcis målretning af sygt væv, hvilket betyder, at medicin kunne være mere effektiv ved lavere doser og med færre bivirkninger. En sådan tilgang kunne behandle plak i arterier, som kan føre til hjerteanfald eller slagtilfælde.

Lægemiddelbærere vil identificere betændte karvægge og levere et lægemiddel, der fjerner aflejringer af calcium, kolesterol og andre stoffer. Eller, bærerne kan søge kræftmarkører og dræbe de små blodkar i tumorer, sulter det ondartede væv af mad og ilt.

Nanopartikler, som har diametre under en mikron, eller en tusindedel af en millimeter, menes at være de mest lovende lægemiddelbærere. Omolola Eniola-Adefeso, U-M professor i kemiteknik, der studerer nanopartikler i strømmende blod, siger, at immunsystemet ikke kan slippe af med dem hurtigt.

"Det er svært for et hvidt blodlegeme at forstå, at det har en nanopartikel ved siden af ​​sig, " hun sagde.

De samme små dimensioner tillader dem at glide gennem sprækkerne mellem celler og infiltrere cellemembraner, hvor de kan gå på arbejde med at administrere medicin. Men Eniola-Adefeso og hendes team fandt ud af, at disse partikler har en akilleshæl.

Blodkar er kroppens motorveje, og når nanopartikler kommer ind i strømmen, de har meget svært ved at nå udgange. I alle kar bortset fra kapillærer, de røde blodlegemer i flydende blod har en tendens til at komme sammen i midten.

"De røde blodlegemer fejer de partikler, der er mindre end en mikron i diameter, og klemmer dem ind, " hun sagde.

Fanget blandt de røde blodlegemer, nanopartiklerne kan ikke nå karvæggen for at behandle sygdom i blodkarrene eller vævet derover.

Med deres seneste arbejde, herunder en undersøgelse, der for nylig skal offentliggøres i Langmuir , Eniola-Adefesos team har vist, at nanopartikelkugler står over for dette problem i små arterioler og venuler - et trin op fra kapillærer - helt op til centimeterstore arterier.

De opdagede dette ved hjælp af plastkanaler beklædt med de samme celler, der udgør det indre af blodkar. Menneskeligt blod, med tilføjede nano- eller mikrosfærer løb gennem kanalerne, og teamet observerede, om kuglerne migrerede til kanalvæggene eller ikke og bandt sig til foringen. Forskerne præsenterer det første visuelle bevis på, at få nanosfærer når det til karvæggen i blodgennemstrømningen.

"Før det arbejde, vi har udført, mennesker opererede under den antagelse, at partikler på et tidspunkt vil interagere med blodkarret, "Sagde Eniola-Adefeso.

Mens en relativt lille del af nanosfærerne filtreres ud til blodkarvæggene, mange flere bliver i blodbanen og rejser over hele kroppen. Forøgelse af nanopartikeldosis giver ringe udbytte; efter at holdet tilføjede fem gange flere nanosfærer til blodprøverne, antallet af kugler, der blev bundet til blodkarforingen, blev kun fordoblet.

"Hvis lokaliseret lægemiddellevering er et vigtigt mål, så vil nanosfærer svigte, " hun sagde.

Men det er ikke alle dårlige nyheder. De røde blodlegemer havde en tendens til at skubbe mikrosfærer med en diameter på to mikron eller mere mod væggen. Om blodet flød jævnt, som det gør i arterioler og vener, eller i pulser, som forekommer i arterier, de større mikrosfærer var i stand til at nå karvæggen og binde sig til den. Når teamet tilføjede flere mikrosfærer til strømmen, de så en proportional stigning i mikrosfærer på karvæggen.

Mens mikrosfærer er for store til at tjene som lægemiddelbærere ind i celle- eller vævsrum på egen hånd, holdet foreslog, at mikrosfærer kunne transportere nanosfærer til karvæggen, frigive dem ved vedhæftning. Men den enklere tilgang kan være nanopartikler af forskellige former, som kan undslippe de røde blodlegemer på egen hånd.

Eniola-Adefeso og hendes team eksperimenterer med stangformede nanopartikler.

"En kugle har ingen drift, " hun sagde, så nanosfærer vil ikke naturligt bevæge sig sidelæns ud af strømmen af ​​røde blodlegemer. "Når en stang flyder, det driver, og den drift flytter den tættere på karvæggen. "