En simpel snus:Nanopartikelforskning testet i græshopper fokuserer på ny metode til udlevering af lægemidler

At levere livreddende lægemidler direkte til hjernen på en sikker og effektiv måde er en udfordring for læger. En nøgleårsag:blod-hjerne-barrieren, som beskytter hjernen mod vævsspecifik medicinafgivelse. Metoder som en injektion eller en pille er ikke så præcise eller umiddelbare, som læger måske foretrækker, og at sikre levering lige til hjernen kræver ofte invasive, risikable teknikker.

Et team af ingeniører fra Washington University i St. Louis har udviklet en ny metode til levering af nanopartikelgenerering, som en dag i høj grad kan forbedre medicinafgivelsen til hjernen, gør det så enkelt som et snus.

"Dette ville være en nanopartikel næsespray, og leveringssystemet kunne tillade en terapeutisk dosis medicin at nå hjernen inden for 30 minutter til en time, " sagde Ramesh Raliya, forsker ved School of Engineering &Applied Science.

"Blod-hjerne-barrieren beskytter hjernen mod fremmede stoffer i blodet, der kan skade hjernen, " sagde Raliya. "Men når vi skal levere noget der, at komme igennem den barriere er svært og invasivt. Vores ikke-invasive teknik kan levere lægemidler via nanopartikler, så der er mindre risiko og bedre svartider."

Den nye tilgang er baseret på aerosolvidenskab og tekniske principper, der tillader generering af monodisperse nanopartikler, som kan aflejre sig på øvre områder af næsehulen via diffusion. Arbejder med assisterende vicekansler Pratim Biswas, formand for Energiministeriet, Environmental &Chemical Engineering og Lucy &Stanley Lopata-professoren, Raliya udviklede en aerosol bestående af guld nanopartikler af kontrolleret størrelse, form og overfladeladning. Nanopartiklerne blev mærket med fluorescerende markører, giver forskerne mulighed for at spore deres bevægelser.

Næste, Raliya og biomedicinsk ingeniør postdoc Debajit Saha udsatte græshoppernes antenner for aerosolen, og observerede nanopartiklerne rejse fra antennerne op gennem olfaktoriske nerver. På grund af deres lille størrelse, nanopartiklerne passerede gennem hjerne-blod-barrieren, når hjernen og gennemtrænger den i løbet af få minutter.

Holdet testede konceptet i græshopper, fordi blod-hjerne-barriererne i insekter og mennesker har anatomiske ligheder, og forskerne anser at gå gennem næseregionerne til neurale baner som den optimale måde at få adgang til hjernen på.

"Den korteste og muligvis den nemmeste vej til hjernen er gennem din næse, " sagde Barani Raman, lektor i biomedicinsk teknik. "Din næse, lugtepæren og derefter lugtebarken:to relæer og du har nået cortex. Det samme gælder for hvirvelløse lugtekredsløb, selvom sidstnævnte er et relativt enklere system, med supraesophageal ganglion i stedet for en lugteløg og cortex."

For at afgøre, om de fremmede nanopartikler forstyrrede normal hjernefunktion eller ej, Saha undersøgte den fysiologiske respons af olfaktoriske neuroner i græshopperne før og efter nanopartikelleveringen. Flere timer efter nanopartikeloptagelsen, ingen mærkbar ændring i de elektrofysiologiske reaktioner blev påvist.

"Dette er kun begyndelsen på et cool sæt undersøgelser, der kan udføres for at gøre nanopartikel-baserede tilgange til lægemiddellevering mere principielle, " sagde Raman.

Den næste fase af forskningen involverer sammensmeltning af guldnanopartikler med forskellige lægemidler, og ved at bruge ultralyd til at målrette en mere præcis dosis til specifikke områder af hjernen, hvilket vil være særligt gavnligt i tilfælde af hjernetumor.

"Vi ønsker at målrette lægemiddellevering i hjernen ved hjælp af denne ikke-invasive tilgang, " sagde Raliya. "I tilfælde af en hjernetumor, vi håber at bruge fokuseret ultralyd, så vi kan guide partiklerne til at indsamle på det bestemte tidspunkt."