At gøre fartøjer utætte efter behov kan hjælpe med medicinafgivelse

Endotelcellerne, der beklæder blodkarrene, er tæt pakket for at holde blodet inde og flyde, men forskere ved Rice University og deres kolleger har opdaget, at det kan være muligt selektivt at åbne huller i disse barrierer lige nok til at lukke store molekyler igennem - og derefter lukke dem igen.

Ris bioingeniør Gang Bao og samarbejdspartnere ved Emory University og Georgia Institute of Technology rapporterede, at de brugte magneter til at hjælpe jernoxidnanopartikler med at invadere endotelceller både i laboratoriet og in vivo. Så bruger de de samme magneter til at gøre kar midlertidigt "utætte".

Denne permeabilitet ville tillade lægemidler med store molekyler at nå målvæv, sagde Bao. Stærke magneter kan muligvis selv føre nanopartikelinfunderede stamceller eller lægemiddelfyldte nanopartikler til målrettede områder, selv i dybe væv som organer, som nuværende terapier ikke kan nå, han sagde.

Undersøgelsen vises i dag i Naturkommunikation .

"For mange sygdomme, systemisk levering gennem blodbanen er den eneste måde at levere molekyler til stedet, " sagde Bao. "Små molekyler kan trænge ind i blodkarret og komme ind i de syge celler, men store molekyler som proteiner eller lægemiddelfyldte nanopartikler kan ikke passere endotelet effektivt, medmindre det er utæt."

Blodkar i kræftsvulster har typisk huller i endotelbarrieren, men de lukker ikke efter behov, som Bao og hans team håber på at få dem til at gøre.

Sammen med lægemiddelmolekyler, Bao ønsker at bruge magneter til at levere nanopartikel-infunderede stamceller til skadet væv. "Medmindre du kan lave direkte indsprøjtning af stamceller, lad os sige ind i hjertet, du skal lave systemisk levering, og du har ingen kontrol over, hvor de går hen.

"Vores oprindelige idé var at levere magnetiske nanopartikler ind i stamceller og derefter bruge en magnet til at tiltrække stamcellerne til et bestemt sted, sagde han. Ved at gøre det, vi opdagede også, at ved at anvende et magnetfelt, vi kunne generere ændringer i cellens skeletstruktur med hensyn til actinfilamentstrukturerne."

Disse strukturelle elementer giver celler deres form og hjælper med at holde naboceller tæt komprimeret. "Vi tænkte, om vi kunne ændre celle-celle-forbindelsen ved at bruge magnetisk kraft, der var en mulighed for, at vi kunne konstruere fartøjets utæthed, " sagde Bao.

Laboratoriet skabte et mikrofluidisk flowkammer, der efterlignede det vaskulære system og forede dets rør med rigtige endotelceller. Eksperimenter beviste deres hypotese:Når et magnetfelt blev påført de nanopartikel-infunderede celler, hullerne åbnede sig. Aflastning af kraften gjorde det muligt for de fleste huller at lukke efter 12 timer.

Mikroskopiske billeder viste, at fluorescerende mærkede nanopartikler var jævnt fordelt inde i endotelkanalen, når et magnetfelt ikke blev påført. Da det var, partiklerne omfordelt, og den kraft, de påførte, forvrængede cytoskelettet.

På nogle billeder, aktinfilamenter, der hjælper med at give en celle dens form, blev observeret på linje med kraften. "Det er en ret dramatisk ændring, " sagde Bao. "Når du først anvender kraften, givet nok tid, cellernes struktur ændres. Det fører til åbningen af ​​celle-celle-forbindelsen."

Bao sagde, at den magnetiske kraft også genererer et biologisk signal, der ændrer cytoskeletstrukturen. "Det bidrager også til utætheden, " sagde han. "Vi forsøger stadig at forstå, hvilken slags signal vi giver til celler, og hvordan de individuelle celler reagerer."

Mens der er metoder til at lette to typer transport over endotelbarrieren - paracellulær (mellem celler) og transcellulær (gennem celler) - har ingen af ​​dem evnen til at målrette specifikke områder af kroppen. Bao sagde, at hans teams tilgang tilbyder en løsning.

Han sagde, at hans gruppe er en del af et igangværende samarbejdsprojekt om knæreparation med Dr. Johnny Huards laboratorium, en professor i ortopædisk kirurgi ved University of Texas Health Science Center i Houston. "Problemet er, hvordan man akkumulerer terapeutiske stamceller omkring knæet og holder dem der, " sagde Bao. "Efter at have injiceret de nanopartikel-infunderede celler, vi ønsker at sætte en række magneter rundt om knæet for at tiltrække dem.

"Men hvis du vil behandle hjertet eller leveren, du skal bruge en ret stor enhed for at have det nødvendige magnetfelt, " sagde han. "Det har vi ikke endnu. At drive dette til et klinisk miljø vil være en udfordring."