Bio-inspireret blødningskontrol:Forskere syntetiserer blodpladelignende nanopartikler, der kan mere end at størkne blod

(Phys.org) — At dæmpe den frie strøm af blod fra en skade forbliver en hellig gral af klinisk medicin. Kontrol af blodgennemstrømning er en primær bekymring og første forsvarslinje for patienter og medicinsk personale i mange situationer, fra traumatisk skade til sygdom til operation. Hvis kontrol ikke er etableret inden for de første par minutter af en blødning, yderligere behandling og helbredelse er umuligt.

På UC Santa Barbara, forskere ved Institut for Kemiteknik og ved Center for Bioteknik (CBE) har henvendt sig til den menneskelige krops egne mekanismer til inspiration i håndteringen af ​​den nødvendige og komplicerede koagulationsproces. Ved at skabe nanopartikler, der efterligner formen, fleksibilitet og overfladebiologi af kroppens egne blodplader, de er i stand til at accelerere naturlige helingsprocesser, mens de åbner døren for terapier og behandlinger, der kan tilpasses til specifikke patientbehov.

"Dette er en væsentlig milepæl i udviklingen af ​​syntetiske blodplader, såvel som i målrettet medicinlevering, " sagde Samir Mitragotri, CBE direktør, der er specialiseret i målrettede terapiteknologier. Resultaterne af forskernes resultater vises i det aktuelle nummer af tidsskriftet ACS Nano .

Koagulationsprocessen er velkendt for alle, der har lidt selv de mindste skader, såsom et skrabe eller papirudskæring. Blodet strømmer til skadestedet, og i løbet af få minutter stopper flowet, da der dannes en prop på stedet. Vævet under og omkring proppen arbejder på at strikke sig sammen igen, og til sidst forsvinder proppen.

Men hvad vi ikke ser er koagulationskaskaden, rækken af ​​signaler og andre faktorer, der fremmer blodets størkning og muliggør overgangen mellem en fritflydende væske på stedet og et tyktflydende stof, der bringer helbredende faktorer til skaden. Koagulation er faktisk en koreografi af forskellige stoffer, blandt de vigtigste er blodplader, blodkomponenten, der samler sig på stedet for såret for at danne den indledende prop.

"Mens disse blodplader flyder i vores blod, de er relativt inerte, " sagde kandidatstuderende forsker Aaron Anselmo, hovedforfatter af papiret. Så snart der opstår en skade, imidlertid, blodpladerne, på grund af fysikken i deres form og deres reaktion på kemiske stimuli, bevæge sig fra hovedstrømmen til siden af ​​blodkarvæggen og samles, binding til skadestedet og til hinanden. Mens de gør det, blodpladerne frigiver kemikalier, der "kalder" andre blodplader til stedet, til sidst tilstoppe såret.

Men hvad sker der, når skaden er for alvorlig, eller patienten tager antikoagulationsmedicin, eller på anden måde er svækket i hans eller hendes evne til at danne en blodprop, selv for en beskeden eller mindre skade?

Det er her, blodpladelignende nanopartikler (PLN'er) kommer ind. Disse små, blodpladeformede partikler, der opfører sig ligesom deres menneskelige modstykker, kan tilføjes til blodgennemstrømningen for at forsyne eller øge patientens egen naturlige blodpladeforsyning, standsning af blodstrømmen og igangsætning af helingsprocessen, samtidig med at læger og andre plejere kan begynde eller fortsætte den nødvendige behandling. Nødsituationer kan bringes under kontrol hurtigere, skader kan hele hurtigere, og patienter kan komme sig med færre komplikationer.

"Vi var faktisk i stand til at give et fald på 65 procent i blødningstid sammenlignet med ingen behandling, " sagde Anselmo.

Ifølge Mitragotri, nøglen ligger i PLN'ernes efterligning af den ægte vare. Ved at efterligne formen og fleksibiliteten af ​​naturlige blodplader, PLN'er kan også strømme til skadestedet og samles der. Med overflader funktionaliserede med de samme biokemiske motiver, som findes i deres menneskelige modstykker, disse PLN'er kan også kalde andre blodplader til stedet og binde sig til dem, øger chancerne for at danne det vigtige stik. Ud over, og meget vigtigt, disse blodplader er konstrueret til at opløses i blodet, efter at deres anvendelighed er opbrugt. Dette minimerer komplikationer, der kan opstå ved nødhæmostatiske procedurer.

"Sagen med hæmostatiske midler er, at man skal gribe ind i det rigtige omfang, " sagde Mitragotri. "Hvis du gør for meget, du volder problemer. Hvis du gør for lidt, du skaber problemer."

Disse syntetiske blodplader lader også forskerne forbedre naturen. Ifølge Anselmos undersøgelser, for samme overfladeegenskaber og form, partikler i nanoskala kan yde endnu bedre end blodplader i mikronstørrelse. Derudover denne teknologi giver mulighed for tilpasning af partiklerne med andre terapeutiske stoffer - medicin, terapier og sådan - som patienter med specifikke tilstande kan have brug for.

"Denne teknologi kan løse et væld af kliniske udfordringer, " sagde Dr. Scott Hammond, direktør for UCSB's Translational Medicine Research Laboratories. "En af de største udfordringer inden for klinisk medicin lige nu - som også koster mange penge - er, at vi lever længere, og at folk er mere tilbøjelige til at ende med at få blodfortyndende medicin. Når en ældre patient møder op på en klinik. det er en kæmpe udfordring, fordi du ikke aner, hvad deres historie er, og du har måske brug for en intervention."

Med optimerbare PLN'er, læger ville være i stand til at finde en finere balance mellem antikoagulantbehandling og sårheling hos ældre patienter, ved at bruge nanopartikler, der kan målrette mod, hvor der dannes blodpropper uden at udløse uønsket blødning. I andre applikationer, blodbårne patogener og andre smitsomme stoffer kunne minimeres med antibiotika-bærende nanopartikler. Partikler kunne bringes til at opfylde visse krav til at rejse til visse dele af kroppen - på tværs af blod-hjerne-barrieren, for eksempel - for bedre diagnostik og virkelig målrettede terapier.

Derudover ifølge forskerne, disse syntetiske blodplader koster relativt mindre, og har en længere holdbarhed end menneskelige blodplader - en fordel i tider med udbredt nødsituation eller katastrofe, når behovet for disse blodkomponenter er på sit højeste, og evnen til at opbevare dem på stedet er afgørende.