Forskare vid Harvard-anslutna McLean Hospital har visat en ny kategori av "gröna" nanopartiklar som består av en giftfri, proteinbaserad nanoteknik som icke-invasivt kan passera blod-hjärnbarriären och kan transportera olika typer av läkemedel.
I en artikel publicerad 1 maj, 2012 online i PLoS ONE, Gordana Vitaliano, MD, chef för Brain Imaging NaNoTechnology Group vid McLean Hospital Imaging Center, rapporterade att klatrinprotein, ett allestädes närvarande protein som finns hos människor, djur, växt, bakterier och svampceller, kan modifieras för användning som en nanopartikel för in vivo-studier. "Clathrin har aldrig modifierats för användning in vivo och erbjuder många nya och intressanta möjligheter för att leverera läkemedel och medicinska bildbehandlingsmedel till hjärnan", sa Vitaliano.
Clathrin är kroppens primära transportmedel som ansvarar för att leverera många olika typer av molekyler till celler. Vitaliano trodde därför att proteinets naturligt potenta transportförmåga kan komma till praktisk medicinsk användning för läkemedelstillförsel och medicinsk bildbehandling.
"Denna studie ger en ny insikt i att använda biokonstruerat clathrinprotein som en ny nanoplattform som passerar blod-hjärnbarriären, sa Vitaliano, som framgångsrikt fäste olika fluorescerande etiketter, används ofta vid bildbehandling, för att funktionalisera clathrin-nanopartiklar. "Vi kunde visa att clathrin-nanopartiklarna icke-invasivt kunde levereras till det centrala nervsystemet (CNS) hos djur. Clathrinet fungerade signifikant."
Av stor betydelse för framtida kliniska tillämpningar, Vitaliano visade också att clathrin korsade och/eller gick förbi blod-hjärnbarriären utan förstärkare eller modifieringar, till skillnad från andra nanopartiklar. Dessa fynd öppnar dörren för att utforska nya och viktiga medicinska tillämpningar för CNS.
En viktig medicinsk applikation för clathrin-nanopartiklar skulle vara magnetisk resonanstomografi (MRT). Gadoliniumkontrastmedel används ofta för att förbättra MRT-prestanda. I en konfiguration, Vitaliano fann att funktionaliserade clathrin-nanopartiklar presterade 8, 000 gånger bättre än ett FDA-godkänt MRI-kontrastmedel (gadopentetat-dimeglumin).
"Sägs på ett annat sätt, det betyder 8, 000 gånger mindre gadolinium kan behövas för att uppnå bra MRT-resultat. Eftersom mycket låga gadoliniumkoncentrationer skulle krävas för MRT, det kan avsevärt minska gadoliniumtoxiciteten, vilket är en viktig fråga, " förklarade Vitaliano. "Clathrin transporterat gadolinium är därför bland de mest potenta, biokompatibla kontrastmedel tillgängliga."
Dessa resultat i två olika tillämpningar visade att clathrin erbjuder betydande funktionalisering och transportflexibilitet. Renade clathrin-nanopartiklar kan därför fungera som ett tilltalande alternativ till andra medicinska nanoplattformar som dendrimerer, nanogel, fasta lipid nanosfärer, liposomer, och liknande.
Med tanke på det kritiska behovet av nya typer av CNS-läkemedelstransportkapacitet, Vitaliano sa att hennes arbete sannolikt skulle vara av intresse för forskare som är involverade i neuroimaging och neurovetenskap, men också till radiologer, bioingenjörer, apotek, fysiker, materialvetare, biomedicinska forskare, och andra forskare som är verksamma vid gränserna för bildbehandling och läkemedelsleverans.
Blickar framåt, Vitaliano noterade att hennes fynd också kan underlätta andra studier för att undersöka signalvägar i olika sjukdomar som helt eller delvis är beroende av clathrintransport, och kan därför ha en betydande inverkan på flera områden.
