Lægemiddelbærere i nanostørrelse kan være fremtiden for patienter med lungesygdom

Metalliske nanomolekyler, der er i stand til at transportere medicin til præcis, hvor de er nødvendige, kan en dag hjælpe med at behandle patienter med en dødelig lungesygdom.

Forskere baseret på Imperial College London har testet en ny type nanopartikel kaldet metal organic frameworks (MOF) - bittesmå metalbure mindre end 100 nanometer på tværs, der kan fyldes med lægemiddelmolekyler - som de mener potentielt kan bruges til at behandle patienter med en ødelæggende tilstand kaldet pulmonal arteriel hypertension (PAH).

Ved PAH trækker blodkarrene i lungerne sig sammen og bliver tykkere, øger blodtrykket og får højre side af hjertet til at arbejde hårdere og hårdere, indtil det til sidst mislykkes. Tilstanden er sjælden, men ødelæggende og kan påvirke mennesker i alle aldre, inklusive babyer, unge voksne og ældre. Patienter i det sene stadium af sygdommen har få behandlingsmuligheder ud over transplantation, med en gennemsnitlig overlevelsestid på omkring fem år efter diagnosen.

Selvom der ikke er nogen kur mod PAH, eksisterende behandlinger virker ved at åbne disse blodkar. Disse lægemidler virker på blodkar i hele kroppen, imidlertid, får blodtrykket til at falde og resulterer i en række bivirkninger - hvilket betyder, at den dosis, som disse lægemidler kan gives ved, er begrænset.

I deres seneste undersøgelse, udgivet online i Lungekredsløb , den multidisciplinære gruppe på Imperial beskriver, hvordan den har taget det første i en række trin for at udvikle nanopartikler, som kunne levere lægemidler direkte til lungerne, viser, at de grundlæggende strukturer ikke er skadelige for celler.

Professor Jane Mitchell, fra National Heart and Lung Institute i Imperial, hvem ledede forskningen, sagde:"Håbet er, at brugen af ​​denne tilgang i sidste ende vil tillade høje koncentrationer af lægemidler, vi allerede skal leveres til kun karrene i lungen, og reducere bivirkninger. Til patienter med pulmonal arteriel hypertension, det kan betyde, at vi er i stand til at vende det fra en dødelig tilstand, til en kronisk håndterbar."

Metalliske bure til medicinafgivelse

De bittesmå metalliske strukturer – sammensat af jern – blev lavet i laboratoriet hos professor Paul Lickiss og Dr. Rob Davies, fra Institut for Kemi og af Dr. Nura Mohamed under hendes ph.d.-studier på Imperial. Dr Mohamed, som blev finansieret af Qatar Foundation, lavet strukturerne, så eksisterende lægemidler brugt til at behandle PAH kunne passe ind i dem.

Disse strukturer blev testet i humane lungeceller og blodkarceller, som blev dyrket fra stamceller i blodet hos patienter med PAH. Holdet fandt ud af, at strukturerne reducerede inflammation og ikke var giftige for cellerne.

Yderligere test viste, at MOF'erne var sikre hos rotter, med dyr injiceret med MOF'er over en to-ugers periode, der viser få bivirkninger - bortset fra en let ophobning af jern i leveren.

"En af de største begrænsninger inden for nanomedicin er toksicitet, nogle af de bedste nanomedicinske strukturer når ikke de indledende udviklingsstadier, da de dræber celler, " sagde professor Mitchell. "Vi lavede disse prototype MOF'er, og har vist, at de ikke var giftige for en hel række af menneskelige lungeceller."

MOF'er er et interesseområde inden for nanomedicin, med ingeniører, der sigter på at udvikle dem som bærere, der kan holde på medicinlast, frigive den under særlige betingelser, såsom ændringer i pH, temperatur, eller endda når nanostrukturerne trækkes til målområdet af magneter uden for kroppen.

Ud over opdagelsen af, at deres jernnanostrukturer var ugiftige, holdet mener, at MOF'erne kan have yderligere terapeutiske egenskaber. Der var beviser for at tyde på antiinflammatoriske egenskaber, med MOF'erne, der reducerer niveauet af en inflammatorisk markør i blodkarrene, kaldet endothelin-1, hvilket får arterier til at trække sig sammen. Ud over, jern er også et kontrastmiddel, hvilket betyder, at det ville dukke op på scanninger af lungerne for at vise, hvor stoffet var nået.

MOF'erne er endnu ikke testet på patienter, men det næste skridt er at fylde de bittesmå metalliske strukturer med medicin og finde ud af den bedste måde at få dem til at målrette deres last mod lungerne. Forskerne er sikre på, at hvis det lykkes, tilgangen kunne flytte til forsøg for patienter, med en lægemiddelkandidat klar til at teste inden for de næste fem år. MOF'erne kan potentielt leveres af en inhalator ind i lungen, eller indgivet ved injektion.

"I denne undersøgelse har vi bevist princippet om, at denne type bærer har potentialet til at blive fyldt med et lægemiddel og målrettet mod lungen, " forklarede professor Mitchell. "Dette er grundlæggende forskning, og selvom denne særlige MOF måske ikke er den, der gør det til et lægemiddel til behandling af PAH, vores arbejde åbner ideen om, at denne sygdom bør overvejes med en øget forskningsindsats for målrettet medicinlevering."