Liposomer används i modern medicin för att bära och applicera läkemedel och gener i olika vävnadsområden i kroppen. De är små bubbelformade lipidmolekyler, och en attraktiv kandidat för leverans eftersom de är sammansatta av samma material som cellmembran. Flera typer av cancer, till exempel, behandlas med liposomterapi.
Liposomer i nanostorlek skulle avsevärt förbättra precisionen och effektiviteten av läkemedels- och genleverans. Ett fåtal sådana tekniker finns redan på marknaden och i klinisk användning, men cellspecifik leverans är fortfarande en egenskap som ska utforskas inom nanomedicin.
Sanjeev Ranjan har studerat användningen av liposomnanopartiklar vid behandling av sjukdomar i innerörat. Hans doktorsavhandling för Aalto-universitetets institution för biomedicinsk teknik och beräkningsvetenskap handlar om tillverkning av nanoliposomer, deras användning vid läkemedels- och genleverans, och även i bildtekniker. Med ytterligare forskning förväntar Ranjan att alla dessa egenskaper ska kombineras till en enda multifunktionell nanopartikel.
"Liposomer är för närvarande de mest avancerade nanopartiklarna för att leverera läkemedel och gener in vivo. Deras största problem är att de inte kan riktas exakt mot önskade celler med hög effektivitet, " påpekar Ranjan.
Ranjans forskning har varit en del av det EU-finansierade projektet NanoEar som spänner över 24 universitet. WHO uppskattade 2004 att minst 275 miljoner människor lider av hörselnedsättning eller dövhet runt om i världen. NanoEar syftar till att tillhandahålla multifunktionella nanopartiklar för klinisk terapi.
Läkemedel och gener applicerade med cell-till-cell-precision av nanoliposomer
Med nanoteknik blir mycket exakt inriktning av liposomterapi möjlig. Ranjan och hans kollegor har kommit på en ny ultraljudsteknik för att tillverka liposomnanopartiklar, som kan levereras in i innerörat och inuti snäckan.
"Tekniken är väldigt snabb, icke-invasiv, det finns ingen förlust av material, och det kan användas i stor skala – dessa är alla fördelar i jämförelse med nanoliposomer framställda med andra för närvarande tillgängliga ultraljudsmetoder, " förklarar Ranjan.
I genterapi, främmande gener introduceras till kroppen för att fixa funktionsnedsättningar. I innerörat, inuti snäckan, det finns nervceller som kallas hårceller, skador som leder till hörselnedsättning.
En schematisk illustration av en idealisk multifunktionell liposom med inkapslade läkemedel och gener, bildbehandlingsmedel, cellpenetrerande medel och specifik målgrupp.
Ranjan och hans kollegor har studerat den riktade leveransen av liposomer inkapslade med Math1-gener, som hjälper hårcellerna att överleva. De har designat peptider med datormodellering och fagdisplay och konjugerat dem till liposomnanopartiklarna som ska levereras till snäckan.
"Nanopartiklarna introduceras till specifika receptorer i specifika celler, och den inkapslade nya genen kommer att börja uttryckas i cellerna.
"Det nuvarande kliniska tillägget för denna typ av behandling är ett mycket dyrt cochleaimplantat. Vår forskning kan göra behandlingen av cochleaskador mycket mer överkomlig och tillgänglig."
För att effektivt kontrollera partiklarnas funktion, visualiseringstekniker behövs. Ranjan har studerat tillämpbarheten av magnetisk resonanstomografi (MRT) på nanoliposomer. Partiklarna kan spåras med MRT genom att märka dem med visualiseringsämnen.
"Det är avgörande för läkare att kunna visualisera innerörat. Det finns inget sätt att direkt avbilda insidan av snäckan, som finns inuti benstrukturer i skallen. Vi utvecklade nanopartiklar som kan avbildas med MRT i snäckan."
Multifunktionella nanopartiklar för att göra ett avbrott inom nanomedicin?
Alla egenskaper Ranjan har studerat i nanoliposomerna – riktad läkemedels- och genleverans och spårbarhet med MRT – kunde kombineras i en multifunktionell nanopartikel.
"De är mycket efterfrågade inom nanomedicin. Partiklarna som innehåller MRI-kontrastmedel som vi har designat är ett steg mot att förverkliga multifunktionalitet."
Forskningen kring tillverkning av multifunktionella nanopartiklar är på god väg i Ranjans forskargrupp. Ranjan och hans handledare professor Paavo Kinnunen planerar en nystartad verksamhet för att kommersialisera sin forskning kring en produkt för kliniskt bruk.
"Vi är redan mycket avancerade inom tekniken och med vår prototyp av produkten, " bekräftar professor Kinnunen.
