Forskare och ingenjörer har använt enhetliga magnetfält för att driva järnbärande nanopartiklar till metallstenter i skadade blodkärl, där partiklarna levererar en läkemedelsnyttolast som framgångsrikt förhindrar blockeringar i dessa kärl. I denna djurstudie, den nya tekniken uppnådde bättre resultat vid en lägre dos än konventionell icke-magnetisk stentterapi.

Bedrivs i cellkulturer och råttor, forskningen är den senaste i en serie studier på The Children's Hospital of Philadelphia som visar möjligheten för magnetiskt styrda nanopartiklar som en ny leveransplattform för en mängd möjliga terapeutiska laster:DNA, celler och droger. Fynden kan sätta scenen för ett nytt medicinskt verktyg, kallas vaskulär magnetisk intervention.

"Detta kan bli en viktig plattformsteknik för att leverera läkemedel och andra medel till specifika platser där de kan ge fördelar i sjuka eller skadade blodkärl, "sade studieledaren Robert J. Levy, M.D., William J. Rashkind begåvad stol i pediatrisk kardiologi vid barnsjukhuset i Philadelphia.

Forskningen visas i P roceedings av National Academy of Sciences , publicerad online i veckan. Levys grupp från Barnsjukhuset samarbetade med ingenjörer och forskare från Drexel University, Northeastern University och Duke University.

Levys arbete introducerar ett nytt leveranssystem till en befintlig medicinsk teknik-kateterutplacerade stenter. Patienter med hjärtsjukdomar får vanligtvis sådana stenter, smala metallställningar som vidgar ett delvis igensatt blodkärl. Dessa stenter är ofta belagda med antiproliferativa läkemedel såsom paklitaxel. Paklitaxel hämmar ackumulering av glatta muskelceller i stenten som orsakar en obstruktion.

Dock, nuvarande läkemedelseluerande stenter har sina begränsningar. De innehåller en fast dos medicin, bra för bara en utgåva. Hos ett betydande antal patienter, återuppbyggnad inträffar. Levys magnetiskt styrda system vidgar möjligheterna för stents, eftersom magnetisk inriktning tillåter användning av högre doser, omdoser om problem återkommer och att använda mer än en typ av medel för att behandla ett blodkärl med en stent.

Levy använde sig av nanoteknik - tillämpning av extremt små material. Hans labbteam skapade nanopartiklar, cirka 290 nanometer över tillverkad av en biologiskt nedbrytbar polymer och impregnerad med magnetit, en järnoxid. (En nanometer är en miljonedel av en millimeter; dessa nanopartiklar är tio till 100 gånger mindre än röda blodkroppar.). Magnetiten i partiklarna reagerar starkt på ett magnetfält. Att vara biologiskt nedbrytbart, partiklarna bryts ned säkert i kroppen efter att ha lossat sin nyttolast.

Levys team implanterade först stent i rostfritt stål i halspulsåderna hos levande råttor. Efter att ha injicerat paklitaxel-laddade nanopartiklar i råttans artärer genom en kateter, de producerade ett enhetligt magnetfält runt varje råtta i fem minuter. Magnetfältet, jämförbar med den som produceras av befintliga MRI -maskiner, men en tiondel så stark, magnetiserade både stenterna och nanopartiklarna, och drev partiklarna in i stenterna och den närliggande artärvävnaden.

Forskarna satte in stenter och nanopartiklar i en grupp kontrollråttor, men utan att använda ett magnetfält. Fem dagar efter att ha fått nanopartikelinfusionen, de magnetiskt behandlade djuren hade fyra till tio gånger så många partiklar i sina stentade artärer som kontrolldjuren.

Dessutom, att använda magnetfält för att koncentrera behandlingen hade en varaktig effekt. Fjorton dagar efter användning av magnetfältet och en enda dos av magnetisk nanopartikelinkapslad paklitaxel, forskarna fann att råttartärerna hade betydligt lägre restenos än vad som fanns i artärer hos kontrollråttor som inte hade någon magnetisk behandling.

Under de senaste åren har Levy och kollegor har visat liknande bevis på koncept i andra djurstudier, med hjälp av magnetiskt styrda nanopartiklar för att leverera genterapi och terapeutiska endotelceller till arteriella stenter. Tekniken är mångsidig, Levy säger, tillägger att det också kan leverera ett brett spektrum av effektiva terapeutiska medel.

Stents och magnetfält kan också ge kombinationsbehandlingar. Nanopartiklar kan bära olika medel samtidigt eller vid olika tidpunkter. Eftersom stenterna förblir på plats, läkare kan dra tillbaka patienter, leverera terapeutiska medel genom katetrar under magnetisk vägledning. Eftersom den magnetiska effekten koncentrerar sitt leveranspaket till den specifika platsen för en stent, läkare kunde uppnå starkare effekter med lägre totaldoser av ett givet medel. Bidrar till teknikens effektivitet, de polymerbaserade nanopartiklarna gav långvarig läkemedelsfrisättning under 14-dagars studien.

Levy föreställer sig en framtida terapi som kallas vaskulär magnetisk intervention, där en patient skulle få regelbundna behandlingar från en kärlkirurg eller interventionell kardiolog som levererar doser av terapeutiska nanopartiklar under en låg nivå, enhetligt magnetfält.

Även om stent för närvarande främst används för hjärtpatienter, Levy citerade ett stort otillfredsställt behov bland de miljoner patienter med kronisk perifer artärsjukdom. Hos diabetespatienter med dålig cirkulation, till exempel, narkotika-eluerande stenter har haft "nedslående resultat, "Levy säger, eftersom benartärerna är större än kranskärlen, och otillräckliga läkemedelsdoser ingår i stentbeläggningen. "Vår teknik erbjuder möjligheter till ett nytt tillvägagångssätt där vi kan variera doser och upprepa behandlingarna, " han lägger till.

Hos barn, stenter används för att mekaniskt förstora anatomiska strukturer för tillstånd som perifer lungartärstenos, hjärtfelets koarktation av aortan, och förmaks septaldefekter skapade av interventionstekniker för att tillhandahålla syresatt blod. Levy föreslår att de magnetiskt styrda nanopartiklarna kan leverera läkemedel som kan förbättra resultaten i var och en av dessa inställningar, liksom ett antal andra stentbaserade interventioner som används inom pediatrisk kardiologi.

För de magnetiskt styrda nanopartiklarna som Levy studerar, potentiella kliniska tillämpningar finns fortfarande i framtiden, men kanske inte för avlägset. Han förväntar sig att samarbeta med kliniska forskare under de närmaste åren för att föra kärlmagnetisk intervention närmare den kliniska verkligheten. "Denna teknik är på väg att bli en ny plattform för interventionsterapier som kan vara säkrare och effektivare än de nuvarande behandlingarna, " han sa.