(Phys.org) —En forskargrupp ledd av Brigham and Women's Hospital (BWH) har utvecklat och testat en ny nanopartikelplattform som effektivt levererar kliniskt viktiga proteiner in vivo i initiala proof-of-concept-tester. Nanopartiklar, som är partiklar som mäter nanometer i storlek, håller ett löfte för en rad applikationer, inklusive humanterapi. Den viktigaste fördelen med den nya plattformen, känd som en termosvamp nanopartikel, är att det eliminerar behovet av hårda lösningsmedel, vilket kan skada just de molekyler som partiklarna är designade för att bära.
Studien publiceras online den 21 oktober i Nanobokstäver .
"En central utmaning i att tillämpa nanopartikelteknologi på proteinterapi är att bevara proteiners biologiska aktivitet, som kan inaktiveras av de organiska lösningsmedel som används inom nanopartikelteknik, sa Omid Farokhzad, MD, Direktör för BWH Laboratory of Nanomedicine and Biomaterials. "Vår forskning visar att termosvampplattformen, som möjliggör lösningsmedelsfri laddning av proteiner, är ett lovande tillvägagångssätt för leverans av en mängd olika proteiner, inklusive mycket labila proteiner såsom IL-10."
Proteinbaserade läkemedel utgör en viktig klass av läkemedel för att behandla en rad mänskliga sjukdomar. Dock, betydande utmaningar i deras utveckling har i allmänhet resulterat i mycket långsamma utvecklingsvägar. För att övervinna dessa utmaningar, Farokhzad och hans kollegor försökte skapa förbättrade nanopartikelmetoder för att leverera proteinterapier.
De nya termosponge nanopartiklarna (TNP) de utvecklade är sammansatta av biokompatibla och biologiskt nedbrytbara polymerer. Dessa polymerer inkluderar en central, sfärisk kärna, tillverkad av polymeren poly(D, L-laktid), och en yttre "termosvamp, " gjord av en polaxomer polymer. Kärnan kan vara antingen positivt eller negativt laddad, för att möjliggöra leverans av negativt eller positivt laddade proteiner, respektive. Viktigt, termosvampskalet kan expandera eller dra ihop sig när temperaturen ändras, som tillåter lösningsmedelsfri laddning av proteiner på TNP.
Forskarna valde ut en rad olika proteiner för att laddas på TNP, inklusive positivt laddat interleukin-10 (IL-10) och erytropoietin, och negativt laddat insulin och humant tillväxthormon. Proteinerna visade liknande mönster av fördröjd frisättning i fyra dagar efter laddning, vilket indikerar att TNP:er kan effektivt leverera en mängd olika proteiner.
Ytterligare tester visade att proteinerna laddade på TNP:erna behöll sin bioaktivitet under både laddning och frisättning från TNP:erna.
Viktigt, i studier av prekliniska modeller, laddning av IL-10 eller insulin på TNP resulterade i dramatiska ökningar i systemisk exponering för proteinerna, minskat spelrum, och ökad cirkulerande halveringstid för proteinerna jämfört med det naturliga proteinet utan TNP.
"TNP har designats och nanokonstruerats med proteinbioaktivitet i åtanke, där vi optimerade en lösningsmedelsfri nanoteknik som kan fånga in proteiner av olika storlekar och laddningar baserat på temperaturskillnader i nanopartiklarnas skal. Denna metod är mottaglig för leverans av en rad terapeutiska proteiner och kan potentiellt leda till en enkel klinisk översättning av nanopartiklar för leverans av biologiska läkemedel, " sa Won IL Choi, Ph.D., en postdoktor vid BWH Laboratory of Nanomedicine and Biomaterials.
