Ingenjörer vid University of California, San Diego har uppfunnit en "nanosvamp" som på ett säkert sätt kan ta bort en bred klass av farliga gifter från blodomloppet - inklusive gifter som produceras av MRSA, E coli , giftiga ormar och bin. Dessa nanosvampar, som hittills har studerats hos möss, kan neutralisera "porbildande gifter, " som förstör celler genom att sticka hål i deras cellmembran. Till skillnad från andra antitoxinplattformar som måste syntetiseras för individuella toxintyper, nanosvamparna kan absorbera olika porbildande gifter oavsett deras molekylära struktur. I en studie mot alfa-hemolysintoxin från MRSA, förokulation med nanosvampar gjorde det möjligt för 89 procent av mössen att överleva dödliga doser.

Administrering av nanosvampar efter den dödliga dosen ledde till 44 procents överlevnad.

Laget, ledd av nanoingenjörer vid UC San Diego Jacobs School of Engineering, publicerade resultaten i Naturens nanoteknik 14 april.

"Detta är ett nytt sätt att ta bort gifter från blodomloppet, " sa Liangfang Zhang, en nanoteknikprofessor vid UC San Diego Jacobs School of Engineering och seniorförfattaren på studien. "Istället för att skapa specifika behandlingar för enskilda toxiner, vi utvecklar en plattform som kan neutralisera toxiner orsakade av ett brett spektrum av patogener, inklusive MRSA och andra antibiotikaresistenta bakterier, ", sa Zhang. Arbetet kan också leda till icke-artsspecifika terapier för giftiga ormbett och bistick, vilket skulle göra det mer sannolikt att vårdgivare eller riskpersoner kommer att ha livräddande behandlingar tillgängliga när de behöver dem som mest.

Forskarna siktar på att översätta detta arbete till godkända terapier. "En av de första applikationerna vi siktar på skulle vara en antivirulensbehandling för MRSA. Det är därför vi studerade ett av de mest virulenta toxinerna från MRSA i våra experiment, " sa "Jack" Che-Ming Hu, den första författaren på tidningen. Hu, nu postdoktoral forskare i Zhangs labb, tog sin doktorsexamen. i bioteknik från UC San Diego 2011.

Aspekter av detta arbete kommer att presenteras den 18 april på Research Expo, det årliga forsknings- och nätverksevenemanget för doktorander vid UC San Diego Jacobs School of Engineering.

Nanosvampar som lockbete

För att undvika immunförsvaret och förbli i cirkulation i blodomloppet, nanosvamparna är inlindade i röda blodkroppsmembran. Denna teknik för cloaking av röda blodkroppar utvecklades i Liangfang Zhangs labb vid UC San Diego. Forskarna visade tidigare att nanopartiklar förklädda till röda blodkroppar skulle kunna användas för att leverera cancerbekämpande läkemedel direkt till en tumör. Zhang har också en fakultetsutnämning vid UC San Diego Moores Cancer Center.

Röda blodkroppar är ett av de primära målen för porbildande gifter. När en grupp toxiner punkterar samma cell, bildar en por, okontrollerade joner rusar in och cellen dör.

Nanosvamparna ser ut som röda blodkroppar, och fungerar därför som lockbete för röda blodkroppar som samlar in gifterna. Nanosvamparna absorberar skadliga toxiner och avlägsnar dem från sina cellulära mål. Nanosvamparna hade en halveringstid på 40 timmar i forskarnas experiment på möss. Så småningom metaboliserade levern säkert både nanosvamparna och de sekvestrerade toxinerna, utan att levern åsamkas någon märkbar skada.

Varje nanosvamp har en diameter på cirka 85 nanometer och är gjord av en biokompatibel polymerkärna insvept i segment av röda blodkroppsmembran.

Zhangs team separerar de röda blodkropparna från ett litet blodprov med hjälp av en centrifug och lägger sedan cellerna i en lösning som får dem att svälla och brista, frigör hemoglobin och lämnar RBC-skinn bakom sig. Huden blandas sedan med de bollformade nanopartiklarna tills de är belagda med ett rött blodkroppsmembran.

Bara ett membran av röda blodkroppar kan göra tusentals nanosvampar, som är 3, 000 gånger mindre än en röd blodkropp. Med en enda dos, denna armé av nanosvampar svämmar över blodomloppet, fler än röda blodkroppar och fångar upp gifter.

Baserat på provrörsexperiment, antalet toxiner varje nanosvamp kunde absorbera berodde på toxinet. Till exempel, approximately 85 alpha-haemolysin toxin produced by MRSA, 30 stretpolysin-O toxins and 850 melittin monomoers, which are part of bee venom.

In mice, administering nanosponges and alpha-haemolysin toxin simultaneously at a toxin-to-nanosponge ratio of 70:1 neutralized the toxins and caused no discernible damage.

One next step, säger forskarna, is to pursue clinical trials.