Ny teknik kan hjælpe nanopartikler med at levere lægemiddelbehandlinger

En forsker fra Wayne State University har med succes testet en teknik, der kan føre til mere effektiv brug af nanopartikler som et lægemiddelleveringssystem.

Joshua Reineke, Ph.D., assisterende professor i farmaceutiske videnskaber ved Eugene Applebaum College of Pharmacy and Health Sciences, undersøgt, hvordan en bionedbrydelig polymerpartikel kaldet polylactic-co-glycolic acid (PLGA) nedbrydes i levende væv.

Han mener, at den potentielle effekt af hans arbejde er bred, efterhånden som nanopartikler i stigende grad er blevet udviklet som bærere af lægemiddelbehandlinger for adskillige sygdomme og som billeddannende midler; de bruges også i adskillige forbrugerprodukter. Kinetikken af ​​nanopartiklers bionedbrydning er en vigtig faktor, der kan kontrollere, hvordan og hvor et lægemiddel frigives, påvirker behandlingens effektivitet samt potentiel toksicitet for ikke-målvæv fra eksponering af nanopartikler.

"Hvis nanopartikler givet til en patient frigiver et lægemiddel, før partikler nogensinde kan nå til målvæv, så får vi høj toksicitet og lav effekt, " sagde Reineke. "Omvendt, hvis partikler trækkes til et væv, men ikke frigiver lægemidlet før længe efter, så får vi heller ikke den terapeutiske effekt«.

Meget tidligere forskning har studeret bionedbrydning af nanopartikler in vitro, men Reineke og undersøgelsens hovedforfatter, Abdul Khader Mohammad, Ph.D., en nyuddannet WSU, mener, at de er de første til at kvantificere bionedbrydningshastigheder efter systemisk administration.

Deres studie, "Kvantitativ påvisning af PLGA nanopartikelnedbrydning i væv efter intravenøs administration, " blev offentliggjort for nylig i tidsskriftet Molekylær Farmaceutik . Det blev støttet af midler fra Department of Pharmaceutical Sciences og Office for Vice President of Research i Wayne State.

At holde koncentrationsniveauet det samme, Reineke og Mohammad administrerede PLGA som partikler i størrelser på 200 og 500 nanometer (nm) intravenøst ​​i mus, en vigtig administrationsvej for nanomedicin til cancerapplikationer, for eksempel, og målte mængden af ​​nanopartikler i alle væv og de hastigheder, hvormed de nedbrydes. De sammenlignede derefter disse hastigheder med dem, der blev forudsagt ved in vitro-målinger.

Reineke sagde, at 200 nm-partiklerne nedbrydes meget hurtigere i kroppen end in vitro, mens 500 nm-partiklerne nedbrydes på samme måde som in vitro-analyser. Leveren og milten havde den højeste koncentration af polymerer og var derfor nemmest at analysere.

Forskere fandt ud af, at 500 nm partikler nedbrydes hurtigere i leveren end milten, men for 200 nm-størrelsen var nedbrydningshastigheden i leveren og milten ens.

"Det er kendt, at større partikler nedbrydes forskelligt, og vi bekræftede, at " sagde Reineke, "men de blev ikke helt nedbrudt in vivo, som vi ville forvente. Vi fandt ud af, at der blandt vævstyper er forskelle i, hvordan de nedbrydes."

"Det fortæller os, at in vitro-nedbrydning ikke forudsiger in vivo-nedbrydning særlig godt, fordi vi ser så mange forskelle."

Reineke sagde, at ved in vivo test af andre typer nanopartikler, en matematisk model kan udvikles til at hjælpe med at bestemme, hvilke der er mest effektive og har den laveste toksicitet til en given anvendelse.

"At optimere et terapeutisk system, der bruger nanopartikler handler i virkeligheden om at få den timing korrekt. For at gøre det, vi er nødt til at vide, hvordan og hvornår partiklerne skal frigive stoffet."