Åderförkalkning, vilket resulterar i en förträngning av artärerna och utveckling av hjärt-kärlsjukdomar, är den vanligaste dödsorsaken i världen. Tills nu, ingen behandling kan riktas uteslutande mot sjuka områden, för att öka läkemedlets effektivitet och minska biverkningar. För att hjälpa till att överbrygga denna klyfta, en grupp schweiziska forskare från UNIGE, HUG och universitetet i Basel har utvecklat en veritabel tidsinställd bomb, ' en behandling som kan känna igen de sjuka områdena och bara behandla dem.
I Schweiz, mer än 20, 000 personer (37 % av alla dödsfall) dör av hjärt-kärlsjukdom orsakad av åderförkalkning varje år. Behandlingsalternativ finns för närvarande tillgängliga för personer som lider av sjukdomen men inget läkemedel kan riktas enbart mot de sjuka områdena, leder ofta till generaliserade biverkningar. Intravenös injektion av ett vasodilator (ett ämne som vidgar blodkärlen), som nitroglycerin, vidgar både de sjuka kärlen och resten av våra artärer. Blodtrycket kan alltså sjunka, vilket skulle begränsa det önskade ökade blodflödet som genereras av vasodilatation av sjuka kärl och som behövs till exempel under en hjärtinfarkt.
För att öka effektiviteten av behandlingar mot åderförkalkning och för att minska biverkningar, ett team av forskare från UNIGE, HUG och University of Basel har utvecklat nanocontainrar som har förmågan att släppa ut sitt vasodilatorinnehåll uteslutande till sjuka områden.
Nanoteknik inom medicin
Även om ingen biomarkör som är specifik för ateroskleros har identifierats, det finns ett fysiskt fenomen som är naturligt för stenos (förträngning av blodkärl) som kallas skjuvspänning. Denna kraft är ett resultat av fluktuationer i blodflödet som induceras av förträngningen av artären och löper parallellt med blodflödet. Det är genom att använda sig av detta fenomen som forskargruppen har utvecklat en veritabel "tidsinställd bomb", en nanobehållare som, under tryck från skjuvspänningen i förträngda artärer, kommer att släppa dess vasodilaterande innehåll.
Genom att omordna strukturen hos vissa molekyler (fosfolipider) i klassiska nanobehållare som liposom, forskare kunde ge dem en linsform i motsats till den normala sfäriska formen. I form av en lins, nanobehållaren rör sig sedan genom de friska artärerna utan att gå sönder. Denna nya nanobehållare är perfekt stabil, förutom när de utsätts för skjuvspänningen från förträngda artärer. Och det är precis avsikten med detta tekniska framsteg. Innehållet av kärlvidgande medel distribueras endast till de stenotiska artärerna, avsevärt öka behandlingens effektivitet och minska biverkningar. "I korthet, vi utnyttjade en tidigare outforskad aspekt av en befintlig teknik. Denna forskning ger nya perspektiv i behandlingen av patienter med hjärt-kärlsjukdom, " förklarar Andreas Zumbuehl från Institutionen för organisk kemi vid UNIGE.
"Nanomedicin är en disciplin som härrör från allmän nanovetenskap men som orienterar sig mot medicinsk forskning. Det tvärvetenskapliga samarbetet mellan kemi, fysik, grundläggande vetenskap och klinisk medicin i en mycket teknisk miljö kan leda till en ny era av forskning, " säger Till Saxer vid avdelningarna för kardiologi och allmän invärtesmedicin på HUG.
"Nanokomponenten finns i alla discipliner, men den mest intressanta aspekten av nanomedicin är dess översikt som tillåter utveckling av kliniska produkter som integrerar denna globala medicinska synvinkel från den tidigaste starten av forskningsprojekt, säger Bert Müller, Direktör för Biomaterials Science Center (BMC) i Basel.
När kemin blir inblandad
Hur lyckades forskare ändra formen på nanobehållarna så att de liknar en lins? Genom att omorganisera strukturen av molekyler, kemister vid UNIGE ersatte esterbindningen som förbinder fosfolipidens två delar (huvud och svans), med en amidbindning, en organisk förening som främjar interaktion mellan fosfolipider. När den har ändrats, molekylerna hydratiseras och värms sedan upp för att bilda en flytande sfär som kommer att slappna av för att stelna i form av en lins vid kylning.
Forskarna modellerade sedan det kardiovaskulära systemet med hjälp av polymerrör blockerade i varierande grad för att representera friska och stenotiska artärer. Nästa, en konstgjord extrahjärtpump kopplades till dessa artärer för att reproducera skjuvspänningen som induceras av förträngningen av kärlen. Nanobehållaren injicerades i systemet och prover togs från både friska och stenoserade områden. Det visar sig att det aktiva läkemedlet hittades i högre koncentrationer i sjuka områden än i icke-sjuka områden och att koncentrationerna där var betydligt större än om läkemedlet hade fördelats på ett homogent sätt.
