Teamet opfinder ny antikoagulantplatform, der giver håb om fremskridt inden for hjertekirurgi, dialyse og andre procedurer

Mens blodkoagulering er vigtig for at forhindre blodtab og for vores immunitet, kan koagulation også forårsage sundhedsproblemer og endda død. I øjeblikket dør en ud af fire mennesker på verdensplan af sygdomme og tilstande forårsaget af blodpropper. I mellemtiden kan antikoagulantia, der bruges til at reducere risici, også forårsage betydelige problemer, såsom ukontrolleret blødning.

Nu holder en ny biomolekylær antikoagulantplatform opfundet af et hold ledet af UNC Charlotte-forsker Kirill Afonin et løfte som et revolutionerende fremskridt i forhold til de blodfortyndende midler, der i øjeblikket bruges under operationer og andre procedurer. Holdets opdagelser er rapporteret i tidsskriftet Nano Letters , først tilgængelig online den 5. juli.

"Vi forestiller os, at brugen af ​​vores nye antikoagulerende platform vil være under koronar bypass-operationer, nyredialyse og en række vaskulære, kirurgiske og koronare indgreb," sagde Afonin. "Vi undersøger nu, om der er potentielle fremtidige anvendelser med kræftbehandlinger for at forhindre metastaser og også til at imødekomme behovene for malaria, som kan forårsage koagulationsproblemer."

Artiklen deler de seneste resultater fra tre års samarbejde mellem forskere med Frederick National Laboratory for Cancer Research (Nanotechnology Characterization Laboratory), University of São Paulo i Brasilien, Pennsylvania State University og Uniformed Services University of the Health Sciences.

"Alt dette resulterede i en massiv international og tværfaglig indsats for at udvikle en helt ny teknologi, som vi tror kan revolutionere feltet og blive opfanget af andre områder inden for sundhedsforskning," sagde Afonin.

Holdets teknologi drejer sig om programmerbare RNA-DNA antikoagulerende fibre, der, når de sprøjtes ind i blodbanen, dannes til modulære strukturer, der kommunikerer med thrombin, som er de enzymer i blodplasma, der får blodet til at størkne. Teknologien gør det muligt for strukturerne at forhindre blodpropper, efterhånden som det er nødvendigt, og derefter hurtigt fjernes fra kroppen af ​​nyresystemet, når arbejdet er udført.

Fiberstrukturerne bruger aptamerer, korte sekvenser af DNA eller RNA designet til specifikt at binde og inaktivere thrombin.

"I stedet for at have et enkelt lille molekyle, der deaktiverer thrombin," sagde Afonin, "har vi nu en relativt stor struktur, der har hundredvis af aptamererne på sin overflade, som kan binde til thrombin og deaktivere dem. Og fordi strukturen bliver større, vil cirkulere i blodbanen i betydeligt længere tid end traditionelle muligheder."

Den udvidede cirkulation i blodbanen giver mulighed for en enkelt injektion i stedet for flere doser. Designet reducerer også koncentrationen af ​​antikoagulantia i blodet, hvilket resulterer i mindre stress på kroppens nyrer og andre systemer, sagde Afonin.

Denne teknologi introducerer også en ny "kill-switch"-mekanisme. En anden injektion vender fiberstrukturens antikoagulerende funktion, hvilket tillader fibrene at metaboliseres til materialer, der er bittesmå, harmløse, inaktive og let udskilles af nyresystemet.

Hele processen foregår uden for cellen gennem ekstracellulær kommunikation med trombinen. Forskerne bemærker, at dette er vigtigt, da immunologiske reaktioner ikke ser ud til at forekomme, baseret på deres omfattende undersøgelser.

Holdet har testet og valideret platformen ved hjælp af computermodeller, menneskeblod og forskellige dyremodeller. "Vi udførte proof-of-concept undersøgelser med frisk indsamlet humant blod fra donorer i USA og i Brasilien for at adressere en potentiel interdonor-variabilitet," sagde Afonin.

Teknologien kan danne grundlag for andre biomedicinske applikationer, der kræver kommunikation via det ekstracellulære miljø hos patienter, sagde han. "Thrombin er kun en potentiel anvendelse," sagde han. "Uanset hvad du ønsker at deaktivere ekstracellulært, uden at komme ind i cellerne, tror vi, du kan. Det betyder potentielt, at ethvert blodprotein, alle celleoverfladereceptorer, måske antistoffer og toksiner, er mulige."

Teknikken tillader design af strukturer af enhver ønsket form, med dræberafbrydermekanismen intakt. "Ved at ændre formen kan vi få dem til at gå ind i forskellige dele af kroppen, så vi kan ændre fordelingen," sagde Afonin. "Den får et ekstra lag af sofistikering af, hvad den kan."

Selvom applikationen er sofistikeret, er produktionen af ​​strukturerne relativt let. "Holdbarheden er forbløffende god for disse formuleringer," sagde Afonin. "De er meget stabile, så du kan tørre dem, og vi forventer, at de vil holde sig i årevis ved omgivende temperaturer, hvilket gør dem meget tilgængelige for økonomisk udfordrede områder i verden."

Mens forskernes arbejde hidtil har relevans for kortsigtede anvendelser, såsom i operationer, håber de muligvis at udvide deres forskning i vedligeholdelsessituationer, såsom med medicin, som patienter med hjertesygdomme tager.

Potentialet for at redde liv og forbedre sundhedsplejen er en motivator for holdet, ligesom det er at opfinde noget nyt, sagde Afonin. "Vi kan lære af naturen, men vi har bygget noget, som aldrig er blevet introduceret før," sagde han. "Så vi udvikler og bygger alle disse platforme de novo - fra bunden. Og så kan vi gennem vores platforme forklare, hvad vi ønsker, at naturen - eller vores kroppe - skal gøre, og vores kroppe forstår os."

UNC Charlottes kontor for forskning, kommercialisering og udvikling arbejder tæt sammen med Penn State for at patentere og bringe denne nye teknologi på markedet. + Udforsk yderligere

Ny testmetode til standardisering af immunologisk evaluering af nukleinsyrenanopartikler