Forskare vid Johns Hopkins University har skapat biologiskt nedbrytbara nanosiserade partiklar som lätt kan glida genom kroppens klibbiga och viskösa slemutsöndringar för att leverera en medicinsk last med fördröjd frisättning.
Forskarna säger att dessa nanopartiklar, som bryts ned över tiden till ofarliga komponenter, kan en dag transportera livräddande läkemedel till patienter som lider av dussintals hälsotillstånd, inklusive ögonsjukdomar, lunga, tarm eller kvinnligt reproduktionsorgan.
De slempenetrerande biologiskt nedbrytbara nanopartiklarna utvecklades av ett tvärvetenskapligt team under ledning av Justin Hanes, professor i kemisk och biomolekylär teknik vid Whiting School of Engineering vid Johns Hopkins. Lagets arbete rapporterades nyligen i Förfaranden från National Academy of Sciences . Hanes samarbetspartners inkluderade cystisk fibros -expert Pamela Zeitlin, en professor i barnläkare vid Johns Hopkins School of Medicine och chef för pediatrisk lungmedicin vid Johns Hopkins Children's Center.
Dessa nanopartiklar, Zeitlin sa, kan vara ett idealiskt sätt att leverera läkemedel till personer med cystisk fibros, en sjukdom som dödar barn och vuxna genom att förändra slemhinderna i lungan och tarmen.
"Cystisk fibros slem är notoriskt tjockt och klibbigt och representerar en enorm barriär för aerosoliserad läkemedelsleverans, "sa hon." I vår studie, nanopartiklarna konstruerades för att resa genom slem vid cystisk fibros med en mycket högre hastighet än någonsin tidigare, vilket förbättrar läkemedelsleveransen. Detta arbete är kritiskt viktigt för att gå vidare med nästa generation av små molekyler och genbaserade terapier. "
Utöver deras potentiella tillämpningar för patienter med cystisk fibros, nanopartiklarna kan också användas för att behandla sjukdomar som lung- och livmoderhalscancer, och inflammation i bihålorna, ögon, lungor och mag -tarmkanalen, sade Benjamin C. Tang, huvudförfattare till den senaste tidskriftsartikeln och en postdoktor vid Institutionen för kemisk och biomolekylär teknik.
"Kemoterapi ges vanligtvis till hela kroppen och har många oönskade biverkningar, "sa han." Om läkemedel inkapslas i dessa nanopartiklar och inhaleras direkt i lungorna hos lungcancerpatienter, läkemedel kan nå lungtumörer mer effektivt, och förbättrade resultat kan uppnås, särskilt för patienter som diagnostiserats med icke-småcellig lungcancer i ett tidigt skede. "
I lungorna, ögon, mag -tarmkanalen och andra områden, människokroppen producerar slemlager för att skydda känslig vävnad. Men en oönskad bieffekt är att dessa slemhinder också kan hålla användbara mediciner borta.
I proof-of-concept-experiment, tidigare forskargrupper under ledning av Hanes visade tidigare att latexpartiklar belagda med polyetylenglykol kunde glida förbi slembeläggningar. Men latexpartiklar är inte ett praktiskt material för att leverera medicin till mänskliga patienter eftersom de inte bryts ner av kroppen. I den nya studien, forskarna beskrev hur de tog ett viktigt steg framåt för att göra nya partiklar som bionedbryts till ofarliga komponenter samtidigt som de levererar sin läkemedels nyttolast över tid.
"Det stora framsteget här är att vi kunde göra biologiskt nedbrytbara nanopartiklar som snabbt kan tränga igenom tjocka och klibbiga slemutsöndringar, och att dessa partiklar kan transportera ett brett spektrum av terapeutiska molekyler, från små molekyler som kemoterapeutika och steroider till makromolekyler som proteiner och nukleinsyror, "Sa Hanes." Tidigare har vi kunde inte få denna typ av behandlingar med fördröjd frisättning effektivt genom kroppens klibbiga slemlager. "
De nya biologiskt nedbrytbara partiklarna består av två delar gjorda av molekyler som rutinmässigt används i befintliga läkemedel. En inre kärna, består till stor del av polysebacic acid (PSA), fångar in terapeutiska medel. En särskilt tät yttre beläggning av polyetylenglykol (PEG) molekyler, som är kopplade till PSA, tillåter en partikel att röra sig genom slem nästan lika lätt som om den rör sig genom vatten och tillåter också att läkemedlet förblir i kontakt med drabbade vävnader under en längre tid.
I Hanes tidigare studier med slemgenomträngande partiklar, latexpartiklar kunde effektivt beläggas med PEG men kunde inte släppa ut läkemedel eller nedbrytas. Till skillnad från latex, dock, PSA kan brytas ned till naturligt förekommande molekyler som bryts ner och spolas bort av kroppen genom njuren, till exempel. När partiklarna bryts ner, drogerna som laddas inuti släpps ut.
Denna egenskap hos PSA möjliggör långvarig frisättning av droger, sade Samuel Lai, biträdande forskningsprofessor vid Institutionen för kemisk och biomolekylär teknik, medan de utformas för slempenetration gör att de lättare når otillgängliga vävnader.
Jie Fu, en biträdande forskningsprofessor, även från Institutionen för kemisk och biomolekylär teknik, sa, "När det försämras, PSA släpps tillsammans med läkemedlet under en kontrollerad tid som kan nå dagar till veckor. "
Polyetylenglykol fungerar som en sköld för att skydda partiklarna från att interagera med proteiner i slem som skulle få dem att rensas innan innehållet släpps ut. I en relaterad forskningsrapport, gruppen visade att partiklarna effektivt kan inkapsla flera kemoterapeutika, och att en enda dos av läkemedelsbelastade partiklar kunde begränsa tumörtillväxt i en musmodell av lungcancer i upp till 20 dagar.
