(PhysOrg.com) - Forskare vid MIT och Harvard Medical School har byggt målinriktade nanopartiklar som kan klänga fast vid artärväggar och långsamt släppa ut medicin, ett framsteg som potentiellt ger ett alternativ till läkemedelsfrigörande stentar hos vissa patienter med hjärt-kärlsjukdom.
Bygger på deras tidigare arbete med att leverera cancerläkemedel med nanopartiklar, MIT och Harvard forskare har riktat sin uppmärksamhet mot hjärt-kärlsjukdomar, designa nya partiklar som kan klänga fast vid skadade artärväggar och långsamt släppa ut medicin.
Partiklarna, kallad "nanoburrs, ” är belagda med små proteinfragment som gör att de kan fastna på skadade artärväggar. En gång fastnat, de kan frigöra läkemedel som paklitaxel, som hämmar celldelning och hjälper till att förhindra tillväxt av ärrvävnad som kan täppa till artärer.
"Det här är ett mycket spännande exempel på nanoteknik och cellinriktning i aktion som jag hoppas kommer att få breda konsekvenser, ” säger professor Langer vid MIT-institutet, senior författare till en artikel som beskriver nanopartiklarna i veckans nummer av Proceedings of the National Academy of Sciences.
Langer och Omid Farokhzad, docent vid Harvard Medical School och en annan senior författare av tidningen, har tidigare utvecklat nanopartiklar som söker upp och förstör tumörer. Deras nanoburrar, dock, är bland de första partiklarna som kan nollställa skadad kärlvävnad.
Mark Davis, professor i kemiteknik vid Caltech, säger att arbetet är ett lovande steg mot nya behandlingar för kardiovaskulära och andra sjukdomar. "Om de kunde göra detta hos patienter - rikta partiklar till skadade områden - skulle det kunna öppna upp alla typer av nya möjligheter, säger Davis, som inte var involverad i denna forskning.
På mål
För närvarande, ett av de vanliga sätten att behandla tilltäppta och skadade artärer är genom att implantera en vaskulär stent, som håller artären öppen och frigör läkemedel som paklitaxel. Forskarna hoppas att deras nya nanoburrar kan användas tillsammans med sådana stentar - eller i stället för dem - för att behandla skador som ligger i områden som inte är väl lämpade för stentar, såsom nära en gaffel i artären.
Nanoburrarna är inriktade på en struktur som kallas basalmembranet, som kantar artärväggarna men bara exponeras när dessa väggar är skadade. För att bygga sina nanopartiklar, teamet screenade ett bibliotek med korta peptidsekvenser för att hitta en som binder mest effektivt till molekyler på ytan av basalmembranet. De använde den mest framgångsrika, en sekvens med sju aminosyror som kallas C11, att belägga det yttre lagret av deras nanopartiklar.
Den inre kärnan av partiklarna med en diameter på 60 nanometer bär läkemedlet, som är bunden till en polymerkedja som kallas PLA. Ett mellanlager av sojalecitin, ett fettmaterial, ligger mellan kärnan och det yttre skalet, som består av en polymer som kallas PEG som skyddar partiklarna när de färdas genom blodomloppet.
Läkemedlet kan endast frigöras när det lossnar från PLA-polymerkedjan, som sker gradvis genom en reaktion som kallas esterhydrolys. Ju längre polymerkedjan är, ju längre denna process tar, så att forskarna kan kontrollera tidpunkten för läkemedlets frisättning genom att ändra kedjelängden. Än så länge, de har uppnått läkemedelsfrisättning under 12 dagar, i tester i odlade celler.
Uday Kompella, professor i farmaceutisk vetenskap vid University of Colorado, säger att nanoburrens struktur kan göra det lättare att tillverka, eftersom de riktade peptiderna är fästa till ett yttre skal och inte direkt till den läkemedelsbärande kärnan, vilket skulle kräva en mer komplicerad kemisk reaktion. Designen minskar också risken för att nanopartiklarna spricker och släpper ut droger i förtid, säger Kompella, som inte var involverad i denna forskning.
En annan fördel med nanoburrarna är att de kan injiceras intravenöst på ett ställe långt från den skadade vävnaden. I tester på råttor, forskarna visade att nanoburrar som injiceras nära svansen kan nå sitt avsedda mål - väggarna i den skadade halspulsådern men inte normala halspulsådern. Graderna band till de skadade väggarna med dubbelt så hög hastighet som icke-målinriktade nanopartiklar.
Eftersom partiklarna kan leverera läkemedel under en längre tidsperiod, och kan injiceras intravenöst, patienter skulle inte behöva utstå upprepade och kirurgiskt invasiva injektioner direkt in i det område som kräver behandling, säger Juliana Chan, en doktorand i Langers labb och huvudförfattare till tidningen.
Teamet testar nu nanoburrarna på råttor under en tvåveckorsperiod för att bestämma den mest effektiva dosen för att behandla skadad kärlvävnad. Partiklarna kan också visa sig användbara för att leverera läkemedel till tumörer. "Den här tekniken kan ha breda tillämpningar för andra viktiga sjukdomar, inklusive cancer och inflammatoriska sjukdomar där vaskulär permeabilitet eller vaskulär skada vanligen observeras, säger Farokhzad.
