En banbrytande bildteknik för att spåra effekterna av nästa generations nanoläkemedel på patienter har utnyttjats av en akademiker vid University of Strathclyde.
Professor Dr. M. N. V. Ravi Kumar och Dr. Dimitrios Lamprou, vid Strathclyde Institute of Pharmacy and Biomedical Sciences, tror en avancerad form av atomkraftsmikroskopi, känd som PeakForce QNM, skulle kunna stimulera utvecklingen inom området för nanomedicin, inkapsling av potenta läkemedel i små partiklar som mäter miljarddels meter i diameter. De beskrev hur denna detaljerade avbildningsmetod också kan hjälpa forskare att ta itu med växande oro inom den medicinska världen kring "nanotoxicology", uppbyggnaden av mikroskopiska partiklar i människors vävnader.
Professor Kumar, vars teams forskningsartikel har publicerats i tidskriften PLOS ETT , sa:"Nanoteknikens roll i läkemedelsleveransen har kraften att förändra sättet att patienter ges läkemedel under det kommande decenniet eller så.
"När det gäller traditionella läkemedel, såsom tabletter och kapslar, endast en begränsad mängd läkemedel – som tros vara runt fem till 15 procent för de flesta föreningar – tar sig igenom tarmen till patienternas blod. Det som är bra med nanoläkemedel är att läkemedlen – till skillnad från vad som är fallet med traditionella tabletter och kapslar – inte frigörs i tarmen. Istället, nanoläkemedel absorberas intakta och frigör de inkapslade läkemedlen direkt i kroppsvävnader, inklusive blodet, ger möjlighet att minska den erforderliga dosen utan att kompromissa med de terapeutiska effekterna.
"Alla läkemedel kombineras med så kallade "hjälpämnen" – inaktiva substanser som ger dem den önskade volymen och konsistensen och deras roll är begränsad till tarmen. hjälpämnena såsom polymerer, som används för att formulera nanopartikelinkapslande läkemedel kan uppvisa oönskade effekter när de absorberas genom tarmväggen. Forskare vill veta om nanopartikelbaserade läkemedel kan ha några negativa effekter på patienter – och, särskilt, om de orsakar mer skada än nytta i vissa fall.
"Ända tills nu, lite har varit känt om vad som händer efter att nanopartiklar cirkulerar i kroppen och om de väcker några säkerhetsproblem för patienten. Tidigare, det var nödvändigt för nanopartiklar att få en fluorescerande eller radioaktiv märkning, för att göra det möjligt för forskare att kunna identifiera och spåra dem. Dock, genom att använda PeakForce QNM atomkraftmikroskopi kan vi, för första gången, spåra vart dessa nanopartiklar går i hela kroppen efter oral administrering – utan att fästa några fluorescerande eller radioaktiva etiketter och genom att använda de verkliga drogladdade nanopartiklarna. Särskilt, vi kan identifiera om de ackumuleras i specifika områden, orsakar det som kallas "vävnadsstyvhet" – ett tillstånd kopplat till en mängd olika sjukdomar, inklusive cancer."
Professor Kumar sa att det är känt att tumörer är styvare – eller stela – jämfört med omgivande friska vävnader. Dessutom, nyare studier med atomkraftsmikroskopi har också visat att det är möjligt att skilja mellan icke-maligna och maligna tumörceller, på grundval av deras relativa styvhet.
Professor Kumar tillade:"Förmågan hos atomkraftsmikroskopi att studera biomekaniska profiler kommer att vara en tillgång i ansträngningarna att bättre förstå skillnaden i vävnadsstyvhet mellan vävnader behandlade med nanopartiklar och de som inte behandlas med nanopartiklar, hur länge någon associerad vävnadsstelhet kvarstår, och om det försvinner snabbt. Viktigt, det kommer också att hjälpa till att fastställa om det finns en korrelation mellan antalet nanopartiklar som finns i blodet och deras ansamling i andra vävnader. Genom att förstå mer om blodstelhet, vi kommer att kunna lära oss mer om nanotoxikologi generellt, och hur det påverkar patienterna.
"Genom att använda atomkraftsmikroskopi på detta sätt, vi kanske i framtiden kan analysera patienternas blod och berätta om, till exempel, nanomaterial ackumuleras i deras lever eller artärväggar, orsakar stelhet som – om den kvarstår tillräckligt länge – kan öka deras chanser att utveckla sjukdomar.
"En annan fördel med nanopartiklar är att de – om de används i ett tidigt skede av forskningen – kan spara läkemedelsföretag pengar genom att minska antalet läkemedel som misslyckas i utvecklingsstadiet. Dessa kostnadsbesparingar kan sedan återinvesteras i forskning och utveckling av nya läkemedel för att behandla patienter."
