Ett team av forskare har skapat partiklar som nära speglar några av de viktigaste egenskaperna hos röda blodkroppar, potentiellt bidra till att bana väg för utvecklingen av syntetiskt blod.
Den nya upptäckten – beskrivs i en studie som visas i den tidiga upplagan online av Förfaranden från National Academy of Sciences under veckan den 10 januari, 2011 – kan också leda till mer effektiva behandlingar för livshotande medicinska tillstånd som cancer.
Forskare vid University of North Carolina vid Chapel Hill använde teknologi känd som PRINT (Particle Replication in Non-wetting Templates) för att producera mycket mjuka hydrogelpartiklar som efterliknar storleken, form och flexibilitet hos röda blodkroppar, så att partiklarna kan cirkulera i kroppen under längre tid.
Tester av partiklarnas förmåga att utföra funktioner som att transportera syre eller bära terapeutiska läkemedel har inte utförts, och de finns inte kvar i det kardiovaskulära systemet så länge som riktiga röda blodkroppar.
Dock, forskarna tror att fynden – särskilt när det gäller flexibilitet – är betydande eftersom röda blodkroppar naturligt deformeras för att passera genom mikroskopiska porer i organ och trånga blodkärl. Under deras 120-dagars livslängd, verkliga celler blir gradvis styvare och filtreras så småningom ur cirkulation när de inte längre kan deformeras tillräckligt för att passera genom porerna i mjälten. Hittills, försök att skapa effektiva efterlikningar av röda blodkroppar har varit begränsade eftersom partiklarna tenderar att snabbt filtreras ur cirkulation på grund av deras oflexibilitet.
Förutom att komma närmare att producera helsyntetiskt blod, fynden kan påverka metoder för att behandla cancer. Cancerceller är mjukare än friska celler, gör det möjligt för dem att bo på olika ställen i kroppen, leder till att sjukdomen sprids. Partiklar laddade med cancerbekämpande läkemedel som kan förbli i cirkulation längre kan öppna dörren för mer aggressiva behandlingsmetoder.
"Att skapa partiklar för utökad cirkulation i blodomloppet har varit en betydande utmaning i utvecklingen av läkemedelstillförselsystem från början, sa Joseph DeSimone, Ph.D., studiens medledare, Kanslerns framstående professor i kemi vid UNC:s högskola för konst och vetenskap, medlem av UNC:s Lineberger Comprehensive Cancer Center och William R. Kenan Jr. Distinguished Professor of Chemical Engineering vid N.C. State University. "Även om vi måste överväga partikeldeformerbarhet tillsammans med andra parametrar när vi studerar partiklars beteende i människokroppen, Vi tror att denna studie representerar en verklig spelväxlare för nanomedicinens framtid. "
Chad Mirkin, Ph.D., George B. Rathmann professor i kemi vid Northwestern University, sade att förmågan att efterlikna en kropps naturliga processer för medicinska ändamål har varit ett långvarigt men undvikande mål för forskare. "Dessa fynd är betydelsefulla eftersom förmågan att reproducerbart syntetisera partiklar i mikronskala med avstämbar deformerbarhet som kan röra sig genom kroppen obegränsat liksom röda blodkroppar, öppnar dörren till en ny gräns för behandling av sjukdomar, sa Mirkin, som också är medlem av president Obamas råd för vetenskap och teknik och chef för Northwesterns International Institute for Nanotechnology.
UNC-forskare designade hydrogelmaterialet för studien för att göra partiklar med varierande styvhet. Sedan, med PRINT-teknik - en teknik som uppfanns i DeSimones labb för att producera nanopartiklar med kontroll över storleken, form och kemi - de skapade formar, som fylldes med hydrogellösningen och bearbetades för att producera tusentals röda blodkroppsliknande skivor, var och en bara 6 mikrometer i diameter.
Teamet testade sedan partiklarna för att bestämma deras förmåga att cirkulera i kroppen utan att filtreras bort av olika organ. Vid test på möss, de mer flexibla partiklarna höll 30 gånger längre än de styvare:de minst flexibla partiklarna försvann ur cirkulationen med en halveringstid på 2,88 timmar, jämfört med 93,29 timmar för de mest flexibla. Styvheten påverkade också var partiklar så småningom hamnade:mer styva partiklar tenderade att ligga i lungorna, men de mer flexibla partiklarna gjorde det inte; istället, de avlägsnades av mjälten, det organ som vanligtvis tar bort gamla riktiga röda blodkroppar.
