Holde åreforkalkning i skak med nye målrettede, betændelsesløse nanomedicin

"Droner" i nanometerstørrelse, der leverer en særlig type helbredende molekyle til fedtdepoter i arterier, kan blive en ny måde at forhindre hjerteanfald forårsaget af åreforkalkning, ifølge en undersøgelse i prækliniske modeller udført af forskere ved Brigham and Women's Hospital (BWH) og Columbia University Medical Center. Disse resultater er offentliggjort i onlineudgaven af ​​18. februar Videnskab translationel medicin .

Selvom de nuværende behandlinger har reduceret antallet af dødsfald som følge af åreforkalkning-relateret sygdom, åreforkalkning er fortsat et farligt sundhedsproblem:åreforkalkning i kranspulsårerne er den #1 dræber blandt kvinder og mænd i USA, hvilket resulterer i et ud af fire dødsfald. I undersøgelsen, målrettede bionedbrydelige nano 'droner', der leverede en særlig type medicin, der fremmer heling ('opløsning') med succes omstrukturerede aterosklerotiske plaques i mus for at gøre dem mere stabile. Denne ombygning af plakmiljøet ville blive forudsagt hos mennesker at blokere plaksprængning og trombose og derved forhindre hjerteanfald og slagtilfælde.

"Dette er det første eksempel på en målrettet nanopartikelteknologi, der reducerer åreforkalkning i en dyremodel, "sagde med-seniorforfatter Omid Farokzhad, MD, lektor og direktør for Laboratory of Nanomedicine and Biomaterials ved BWH og Harvard Medical School (HMS). "Års forskning og samarbejde har kulmineret i vores evne til at bruge nanoteknologi til at løse betændelse, ombygge og stabilisere plaques i en model for avanceret åreforkalkning. "

I dette studie, målrettet nanomedicin fremstillet af polymere byggesten, der hidtil er brugt i adskillige FDA-godkendte produkter, blev nanokonstrueret til at bære en anti-inflammatorisk lægemiddellast i form af et biomimetisk peptid. Desuden, dette peptid blev afledt af et af kroppens egne naturlige inflammatorisk-opløsende proteiner kaldet Annexin A1. Den måde, nanomedicinen blev designet på, gjorde det muligt for dette biologiske terapeutiske middel at blive frigivet på målstedet, den aterosklerotiske plak, på en kontrolleret måde.

I musemodeller med fremskreden åreforkalkning, forskere administrerede nanomedicin og relevante kontroller. Efter fem ugers behandling med nanomedicinerne, skader på arterierne blev væsentligt repareret, og plak blev stabiliseret.

Specifikt, forskere observerede en reduktion af reaktive oxygenarter; stigning i kollagen, som styrker den fibrøse hætte; og reduktion af plaknekrotiske kerne, og disse ændringer blev ikke observeret i sammenligning med det frie peptid eller tomme nanopartikler.

"Mange forskere forsøger at udvikle lægemidler, der forhindrer hjerteanfald ved at dæmpe betændelse, men den tilgang har nogle ulemper, " sagde co-senior forfatter Ira Tabas, MD, Richard J. Stock professor i medicin (immunologi) og professor i patologi og cellebiologi ved Columbia. "Den ene er, at åreforkalkning er en kronisk sygdom, så medicin tages i årevis, endda årtier. Et anti-inflammatorisk lægemiddel, der er fordelt i hele kroppen, vil også forringe immunsystemets evne til at bekæmpe infektion." Det kan være acceptabelt for tilstande, der alvorligt påvirker livskvaliteten, som reumatoid arthritis, men "at bruge denne tilgang til at forhindre et hjerteanfald, der måske aldrig sker, er måske ikke risikoen værd."

Ud over, det er ikke nok at levere et antiinflammatorisk lægemiddel til plaques, sagde Columbia associeret forsker Gabrielle Fredman, PhD, en af ​​undersøgelsens hovedmedforfattere. "Atherosclerose er ikke kun betændelse; der er også skade på arterievæggen. Hvis skaden ikke repareres, du kan ikke forhindre hjerteanfald."

De målrettede nanomediciner, der blev brugt i denne aktuelle undersøgelse, blev konstrueret af forskere ved BWH. Efter foreløbige proof-of-principle undersøgelser ved Columbia University i modeller for inflammation, de blev yderligere testet i en klinisk relevant sygdomsmodel i mus og viste sig at være i stand til at manøvrere gennem blodcirkulationen, og krydser utætte områder til indersiden af ​​plaketterne, som blev demonstreret ved fluorescensmikroskopi-billeddannelse af plaklæsioner.

Forskere bemærker, at ud over deres specifikke "klæbende" overflader, deres lille sub-100 nanometer størrelse er også en nøgleegenskab, der letter opbevaring og akkumulering af disse nanopartikler inden for pladerne. Disse nanopartikler er 1000 gange mindre end spidsen af ​​en enkelt menneskehårstreng.

"Disse nanomedicin er udviklet ved hjælp af biologisk nedbrydelige polymerer, der kan bryde op over tid i kroppen ved hjælp af kroppens naturlige mekanismer, og kan nanoengineres ved hjælp af kemikalier og nanoteknologier, der kan skaleres som i sidste ende kan lette deres hurtige oversættelse til klinikken, " sagde co-lead forfatter Nazila Kamaly, PhD, instruktør i Laboratoriet for Nanomedicin og Biomaterialer på BWH og HMS.

Forskere advarer om, at selvom plaques i mus ligner meget menneskelige plaques, mus har ikke hjerteanfald, så den virkelige test af nanopartiklerne kommer ikke, før de er testet hos mennesker. "I dette studie, vi har vist, for første gang, at et lægemiddel, der fremmer opløsning af inflammation og reparation, er en levedygtig mulighed, når stoffet leveres direkte til plaketter via nanopartikler, " sagde Tabas. For at være klar til test på mennesker, holdet planlægger at finjustere nanopartiklerne for at optimere lægemiddellevering og at pakke dem med mere potente opløsningsinducerende lægemidler. "Vi tror, ​​at vi kan opnå endnu bedre levering til plaketter og forbedre helingen mere end med de nuværende peptider, ", han sagde.

Farokzhad og kolleger har betydelig ekspertise med oversættelse fra bænk-til-sengen af ​​nanoteknologier til medicinske applikationer, og grundlæggende arbejde delvist udført af hans team har ført til udviklingen og først i menneskelig testning af en målrettet nanopartikel, der er i stand til at kontrollere frigivelse af lægemidler til behandling af kræft, og den første i human test af en målrettet nanopartikelvaccine, der er i stand til at orkestrere et immunrespons for at lette rygestop og forebygge tilbagefald.

"Inflammationen, der løser målrettede nanopartikler, har vist spændende potentiale ikke kun for den potentielle behandling af åreforkalkning som beskrevet her, men også andre terapeutiske områder, herunder sårreparation, for eksempel, som beskrevet i onlineudgaven af ​​9. februar af Journal of Clinical Investigation , ud over andre applikationer, der i øjeblikket er i gang med vores samarbejdspartnere, " sagde Farokzhad. "Jeg er optimistisk, at vi med yderligere dyrevalidering også vil overveje den menneskelige test af inflammation, der løser målrettede nanopartikler for et utal af udækkede medicinske behov - det er spændende tider inden for medicin, og fremtiden for nanomedicin er utrolig lys. "