En ny måde at levere lægemidler med præcis målretning

De fleste lægemidler skal enten indtages eller sprøjtes ind i kroppen for at udføre deres arbejde. På den ene eller anden måde, det tager noget tid for dem at nå deres tilsigtede mål, og de har også en tendens til at sprede sig til andre områder af kroppen. Nu, forskere ved MIT og andre steder har udviklet et system til at levere medicinske behandlinger, der kan frigives på præcise tidspunkter, minimalt-invasivt, og som i sidste ende også kunne levere disse lægemidler til specifikt målrettede områder såsom en specifik gruppe af neuroner i hjernen.

Den nye tilgang er baseret på brugen af ​​små magnetiske partikler indesluttet i en lille hul boble af lipider (fedtmolekyler) fyldt med vand, kendt som et liposom. Det valgte lægemiddel er indkapslet i disse bobler, og kan frigives ved at påføre et magnetfelt for at opvarme partiklerne, tillader lægemidlet at undslippe fra liposomet og ind i det omgivende væv.

Resultaterne rapporteres i dag i tidsskriftet Natur nanoteknologi i et papir af MIT postdoc Siyuan Rao, Lektor Polina Anikeeva, og 14 andre på MIT, Stanford University, Harvard Universitet, og det schweiziske føderale teknologiske institut i Zürich.

"Vi ønskede et system, der kunne levere et lægemiddel med tidsmæssig præcision, og i sidste ende kunne målrette mod et bestemt sted, " Anikeeva forklarer. "Og hvis vi ikke ønsker, at det skal være invasivt, vi er nødt til at finde en ikke-invasiv måde at udløse frigivelsen på."

Magnetiske felter, som let kan trænge gennem kroppen - som demonstreret af detaljerede interne billeder produceret af magnetisk resonansbilleddannelse, eller MR - var et naturligt valg. Den svære del var at finde materialer, der kunne udløses til at varme op ved at bruge et meget svagt magnetfelt (ca. en hundrededel af styrken af ​​det, der blev brugt til MR). for at forhindre skade på lægemidlet eller omgivende væv, siger Rao.

Rao kom op med ideen om at tage magnetiske nanopartikler, som allerede havde vist sig at kunne opvarmes ved at placere dem i et magnetfelt, og pakke dem ind i disse kugler kaldet liposomer. Disse er som små bobler af lipider, som naturligt danner et sfærisk dobbeltlag, der omgiver en vanddråbe.

Når det placeres inde i et højfrekvent, men lavstyrke magnetisk felt, nanopartiklerne varmes op, opvarmning af lipiderne og få dem til at gennemgå en overgang fra fast til flydende, hvilket gør laget mere porøst - lige nok til at lade nogle af lægemiddelmolekylerne slippe ud i de omkringliggende områder. Når magnetfeltet er slukket, lipiderne størkner igen, forhindre yderligere udslip. Over tid, denne proces kan gentages, frigiver således doser af det indesluttede lægemiddel med præcist kontrollerede intervaller.

Lægemiddelbærerne blev konstrueret til at være stabile inde i kroppen ved den normale kropstemperatur på 37 grader Celsius, men i stand til at frigive deres nyttelast af stoffer ved en temperatur på 42 grader. "Så vi har en magnetisk kontakt til medicinafgivelse, " og den mængde varme er lille nok "så du ikke forårsager termisk skade på væv, " siger Anikeeva, der har ansættelser i afdelingerne for Materialevidenskab og Teknik og Hjerne- og Kognitionsvidenskab.

I princippet, denne teknik kan også bruges til at lede partiklerne til specifikke, udpege steder i kroppen, bruge gradienter af magnetiske felter til at skubbe dem frem, men det aspekt af arbejdet er et igangværende projekt. For nu, forskerne har injiceret partiklerne direkte ind i mållokationerne, og brug af magnetfelterne til at styre timingen af ​​lægemiddelfrigivelser. "Teknologien vil give os mulighed for at adressere det rumlige aspekt, "Anikeeva siger, men det er endnu ikke påvist.

Dette kunne muliggøre meget præcise behandlinger for en lang række tilstande, hun siger. "Mange hjernesygdomme er karakteriseret ved fejlagtig aktivitet af visse celler. Når neuroner er for aktive eller ikke aktive nok, der viser sig som en lidelse, såsom Parkinsons, eller depression, eller epilepsi." Hvis et medicinsk team ønskede at levere et lægemiddel til et bestemt område af neuroner og på et bestemt tidspunkt, såsom når en indtræden af ​​symptomer opdages, uden at udsætte resten af ​​hjernen for det stof, dette system "kunne give os en meget præcis måde at behandle disse tilstande på, " hun siger.

Rao siger, at fremstillingen af ​​disse nanopartikelaktiverede liposomer faktisk er en ret simpel proces. "Vi kan forberede liposomerne med partiklerne inden for få minutter i laboratoriet, " hun siger, og processen skal være "meget let at skalere op" til fremstilling. Og systemet er bredt anvendeligt til lægemiddellevering:"vi kan indkapsle ethvert vandopløseligt lægemiddel, "og med nogle tilpasninger, også andre stoffer, hun siger.

En nøgle til at udvikle dette system var at perfektionere og kalibrere en måde at fremstille liposomer af en meget ensartet størrelse og sammensætning. Dette involverer at blande en vandbase med fedtsyrelipidmolekylerne og magnetiske nanopartikler og homogenisere dem under præcist kontrollerede forhold. Anikeeva sammenligner det med at ryste en flaske salatdressing for at få olien og eddiken blandet, men styrer timingen, retning og styrke af rystning for at sikre en præcis blanding.

Anikeeva siger, at mens hendes team har fokuseret på neurologiske lidelser, da det er deres speciale, medicinafgivelsessystemet er faktisk ret generelt og kan anvendes på næsten alle dele af kroppen, for eksempel at levere kræftmedicin, eller endda at levere smertestillende medicin direkte til et berørt område i stedet for at afgive dem systemisk og påvirke hele kroppen. "Dette kunne levere det, hvor det er nødvendigt, og ikke levere det kontinuerligt, " men kun efter behov.

Fordi de magnetiske partikler i sig selv ligner dem, der allerede er i udbredt brug som kontrastmidler til MR-scanninger, den lovgivningsmæssige godkendelsesproces for deres anvendelse kan forenkles, da deres biologiske kompatibilitet stort set er blevet bevist.