Belysning af kardiovaskulære problemer ved hjælp af nanopartikler

Hjertesygdomme og slagtilfælde er verdens to mest dødelige sygdomme, forårsagede over 15 millioner dødsfald i 2016 ifølge Verdenssundhedsorganisationen. En vigtig underliggende faktor i begge disse globale sundhedskriser er den almindelige tilstand, åreforkalkning, eller opbygning af fedtdepoter, betændelse og plak på væggene i blodkarrene. I en alder af 40, omkring halvdelen af ​​os vil have denne tilstand, mange uden symptomer.

En ny nanopartikelinnovation fra forskere i USC Viterbis Department of Biomedical Engineering kan give læger mulighed for at lokalisere, hvornår plak bliver farligt ved at opdage ustabile forkalkninger, der kan udløse hjerteanfald og slagtilfælde.

Forskningen - fra ph.d. studerende Deborah Chin under supervision af Eun Ji Chung, Dr. Karl Jacob Jr. og Karl Jacob III-formand for tidlig karriere, i samarbejde med Gregory Magee, assisterende professor i klinisk kirurgi fra Keck School of Medicine i USC - blev offentliggjort i Royal Society of Chemistry's Journal of Materials Chemistry B .

Når åreforkalkning opstår i kranspulsårerne, blokeringer på grund af plak eller forkalkning-inducerede rupturer kan føre til en blodprop, skærer blodgennemstrømningen til hjertet, som er årsagen til de fleste hjerteanfald. Når tilstanden opstår i de kar, der fører til hjernen, det kan forårsage et slagtilfælde.

"En arterie behøver ikke at være 80 procent blokeret for at være farlig. En arterie med 45% blokering af plaques kunne være mere tilbøjelig til at briste, " sagde Chung. "Bare fordi det er en stor plak, betyder det ikke nødvendigvis, at det er en ustabil plak."

Chung sagde, at når små kalkaflejringer, kaldet mikrokalcifikationer, dannes i arterielle plaques, pladen kan blive brudtilbøjelig.

Imidlertid, at identificere, om blodkarforkalkning er ustabil og sandsynligvis briste, er særligt vanskeligt ved brug af traditionelle CT- og MR-scanningsmetoder, eller angiografi, som har andre risici.

"Angiografi kræver brug af katetre, der er invasive og har en iboende risiko for vævsskade, " sagde Chin, hovedforfatteren. "CT-scanninger på den anden side, involvere ioniserende stråling, som kan forårsage andre skadelige virkninger på væv. "

Chung sagde, at opløsningsbegrænsningerne ved traditionel billeddannelse giver læger et "fugleperspektiv" af forkalkning i større størrelse, hvilket måske ikke nødvendigvis er farligt. "Hvis forkalkningen er på mikroskalaen, det kan være sværere at udvælge, " hun sagde.

Forskerholdet udviklede en nanopartikel, kendt som en micelle, som fastgør sig selv og tænder forkalkning for at gøre det lettere for mindre blokeringer, der er tilbøjelige til at briste, kan ses under billeddannelse.

Chin sagde, at micellerne er i stand til specifikt at målrette mod hydroxyapatit, en unik form for calcium til stede i arterier og aterosklerotiske plaques.

"Vores micellnanopartikler viser minimal toksicitet for celler og væv og er meget specifikke for hydroxyapatitforkalkninger, " sagde Chin. "Således, dette minimerer usikkerheden ved at identificere skadelige vaskulære forkalkninger."

Holdet har testet deres nanopartikel på forkalkede celler i en skål, inden for en musemodel af åreforkalkning, samt at bruge patient-afledte arterieprøver leveret af karkirurg, Magee, som viser deres anvendelighed ikke kun hos små dyr, men i menneskelige væv.

"I vores tilfælde, vi demonstrerede, at vores nanopartikel binder til forkalkning i den mest almindeligt anvendte musemodel for åreforkalkning og også virker i forkalket vaskulært væv, der stammer fra patienter, " sagde Chin.

Chung sagde, at det næste skridt for holdet var at udnytte micellepartiklerne, der skulle bruges i målrettet lægemiddelbehandling til behandling af forkalkning i arterier, snarere end blot som et middel til at opdage de potentielle blokeringer.

"Idéen bag nanopartikler og nanomedicin er, at det kan være en bærer som Amazons bærersystem, transport af stoffer direkte til en bestemt adresse eller et bestemt sted i kroppen, og ikke til steder, du ikke vil have det skal gå til, " sagde Chung.

"Forhåbentlig kan det give mulighed for lavere doser, men høj effektivitet på sygdomsstedet uden at skade normale celler og organprocesser, " hun sagde.