Målrettet lægemiddellevering med disse nanopartikler kan gøre medicin mere effektiv

Nanopartikler forklædt som menneskelige blodplader kunne i høj grad forbedre den helbredende kraft af lægemiddelbehandlinger for hjerte-kar-sygdomme og systemiske bakterielle infektioner. Disse blodplade-lignende nanopartikler, udviklet af ingeniører ved University of California, San Diego, er i stand til at levere lægemidler til målrettede steder i kroppen - især skadede blodkar, samt organer inficeret af skadelige bakterier. Ingeniører viste, at ved at levere stofferne kun til de områder, hvor stofferne var nødvendige, disse blodplade-copycats øgede i høj grad den terapeutiske virkning af lægemidler, der blev administreret til syge rotter og mus.

Forskningen, ledet af nanoingeniører ved UC San Diego Jacobs School of Engineering, blev offentliggjort online 16. september i Natur .

"Dette arbejde adresserer en stor udfordring inden for nanomedicin:målrettet lægemiddellevering med nanopartikler, " sagde Liangfang Zhang, en nanoingeniørprofessor ved UC San Diego og seniorforfatter af undersøgelsen. "På grund af deres målretningsevne, blodplade-lignende nanopartikler kan direkte give en meget højere dosis medicin specifikt til syge områder uden at mætte hele kroppen med lægemidler."

Undersøgelsen er et glimrende eksempel på at bruge tekniske principper og teknologi til at opnå "præcisionsmedicin, " sagde Shu Chien, professor i bioteknik og medicin, direktør for Institute of Engineering in Medicine ved UC San Diego, og en tilsvarende forfatter på undersøgelsen. "Mens denne principielle undersøgelse viser specifik levering af terapeutiske midler til behandling af hjerte-kar-sygdomme og bakterielle infektioner, det har også brede implikationer for målrettet terapi for andre sygdomme såsom cancer og neurologiske lidelser, " sagde Chien.

Blodpladekopiernes ins og outs

På ydersiden, blodplade-lignende nanopartikler er dækket af menneskelige blodplademembraner, som gør det muligt for nanopartiklerne at cirkulere i hele blodbanen uden at blive angrebet af immunsystemet. Blodplademembranbelægningen har en anden gavnlig egenskab:den binder sig fortrinsvis til beskadigede blodkar og visse patogener såsom MRSA-bakterier, tillader nanopartiklerne at levere og frigive deres lægemiddel-nyttelast specifikt til disse steder i kroppen.

Indesluttet i blodplademembranerne er nanopartikelkerner lavet af en biologisk nedbrydelig polymer, der sikkert kan metaboliseres af kroppen. Nanopartiklerne kan være pakket med mange små lægemiddelmolekyler, der diffunderer ud af polymerkernen og gennem blodplademembranen til deres mål.

For at lave de blodplademembranbelagte nanopartikler, ingeniører separerede først blodplader fra fuldblodsprøver ved hjælp af en centrifuge. Blodpladerne blev derefter behandlet for at isolere blodplademembranerne fra blodpladecellerne. Næste, blodplademembranerne blev brudt op i meget mindre stykker og smeltet sammen til overfladen af ​​nanopartikelkerner. De resulterende blodplademembran-coatede nanopartikler er cirka 100 nanometer i diameter, som er tusind gange tyndere end et gennemsnitligt ark papir.

Denne tilsløringsteknologi er baseret på den strategi, som Zhangs forskningsgruppe havde udviklet til at skjule nanopartikler i røde blodlegemers membraner. Forskerne har tidligere vist, at nanopartikler forklædt som røde blodlegemer er i stand til at fjerne farlige poredannende toksiner produceret af MRSA, giftige slangebid og bistik fra blodbanen.

Ved at bruge kroppens egne blodplademembraner, forskerne var i stand til at producere blodplademimikere, der indeholder det komplette sæt af overfladereceptorer, antigener og proteiner, der er naturligt til stede på blodplademembraner. Dette er i modsætning til andre bestræbelser, som syntetiserer blodplademimik, der replikerer et eller to overfladeproteiner i blodplademembranen.

"Vores teknik udnytter de unikke naturlige egenskaber ved menneskelige blodplademembraner, som har en naturlig præference for at binde sig til visse væv og organismer i kroppen, " sagde Zhang. Denne målretningsevne, som røde blodlegememembraner ikke har, gør blodplademembraner ekstremt nyttige til målrettet lægemiddellevering, sagde forskere.

Blodpladekopier på arbejde

I en del af denne undersøgelse, forskere pakket blodplade-lignende nanopartikler med docetaxel, et lægemiddel, der bruges til at forhindre arvævsdannelse i slimhinden i beskadigede blodkar, og indgivet dem til rotter ramt af beskadigede arterier. Forskere observerede, at de docetaxel-holdige nanopartikler selektivt opsamledes på de beskadigede steder i arterierne og helede dem.

Når den er pakket med en lille dosis antibiotika, blodplade-lignende nanopartikler kan også i høj grad minimere bakterielle infektioner, der er kommet ind i blodbanen og spredt sig til forskellige organer i kroppen. Forskere injicerede nanopartikler, der kun indeholdt en sjettedel af den kliniske dosis af antibiotikummet vancomycin, i en gruppe mus, der var systemisk inficeret med MRSA-bakterier. Disse muses organer endte med bakterietal op til tusind gange lavere end mus behandlet med den kliniske dosis af vancomycin alene.

"Vores blodplade-lignende nanopartikler kan øge den terapeutiske effektivitet af antibiotika, fordi de kan fokusere behandlingen på bakterierne lokalt uden at sprede lægemidler til sunde væv og organer i resten af ​​kroppen, " sagde Zhang. "Vi håber at udvikle blodplade-lignende nanopartikler til nye behandlinger for systemiske bakterielle infektioner og hjerte-kar-sygdomme."