Ny nanopartikelplatform viser sig effektiv til levering af proteinbaserede lægemidler

(Phys.org) – Et forskerhold ledet af Brigham and Women's Hospital (BWH) har udviklet og testet en ny nanopartikelplatform, der effektivt leverer klinisk vigtige proteiner in vivo i indledende proof-of-concept-tests. Nanopartikler, som er partikler, der måler nanometer i størrelse, holder løfte for en række applikationer, herunder humane terapier. Den vigtigste fordel ved den nye platform, kendt som en termosvamp nanopartikel, er, at det eliminerer behovet for skrappe opløsningsmidler, som kan skade netop de molekyler, partiklerne er designet til at bære.

Undersøgelsen er offentliggjort online 21. oktober i Nano bogstaver .

"En central udfordring i at anvende nanopartikelteknologi til proteinterapi er at bevare proteiners biologiske aktivitet, som kan inaktiveres af de organiske opløsningsmidler, der anvendes i nanopartikelteknik, " sagde Omid Farokhzad, MD, Direktør for BWH Laboratory of Nanomedicine and Biomaterials. "Vores forskning viser, at termosvamp-platformen, som muliggør opløsningsmiddelfri påfyldning af proteiner, er en lovende tilgang til levering af en række proteiner, inklusive meget labile proteiner såsom IL-10."

Proteinbaserede lægemidler udgør en vigtig klasse af lægemidler til behandling af en række menneskelige sygdomme. Imidlertid, betydelige udfordringer i deres udvikling har generelt resulteret i meget langsomme udviklingsveje. For at overkomme disse udfordringer, Farokhzad og hans kolleger søgte at skabe forbedrede nanopartikelmetoder til levering af proteinterapier.

De nye termosponge nanopartikler (TNP'er), de udviklede, er sammensat af biokompatible og bionedbrydelige polymerer. Disse polymerer omfatter en central, sfærisk kerne, lavet af polymeren poly(D, L-lactid), og en ydre "termosvamp, " lavet af en polaxomer polymer. Kernen kan være enten positivt eller negativt ladet, for at muliggøre levering af negativt eller positivt ladede proteiner, henholdsvis. Vigtigt, termosvampen kan udvide sig eller trække sig sammen, når temperaturen ændrer sig, som tillader opløsningsmiddelfri påfyldning af proteiner på TNP.

Forskerne udvalgte en række forskellige proteiner til indlæsning på TNP'erne, inklusive positivt ladet interleukin-10 (IL-10) og erythropoietin, og negativt ladet insulin og humant væksthormon. Proteinerne viste lignende mønstre for vedvarende frigivelse i fire dage efter påfyldning, hvilket indikerer, at TNP'erne er i stand til effektivt at levere en række forskellige proteiner.

Yderligere test viste, at proteinerne påfyldt TNP'erne bibeholdt deres bioaktivitet gennem både ladning og frigivelse fra TNP'erne.

Vigtigt, i studier af prækliniske modeller, belastning af IL-10 eller insulin på TNP'erne resulterede i dramatiske stigninger i systemisk eksponering for proteinerne, reduceret clearance, og øget cirkulerende halveringstid af proteinerne sammenlignet med det native protein uden TNP.

"TNP'erne er designet og nanokonstrueret med proteinbioaktivitet i tankerne, hvor vi optimerede en opløsningsmiddelfri nanoteknologi, der kan indfange proteiner af forskellig størrelse og ladninger baseret på temperaturforskelle i skallen af ​​nanopartiklerne. Denne metodologi er egnet til levering af en række terapeutiske proteiner og kan potentielt føre til den nemme kliniske oversættelse af nanopartikler til levering af biologiske lægemidler, " sagde Won IL Choi, Ph.D., en postdoc i BWH Laboratory of Nanomedicine and Biomaterials.