(Phys.org) – Att sänka det fria blodflödet från en skada förblir en helig gral inom klinisk medicin. Att kontrollera blodflödet är en primär fråga och första försvarslinjen för patienter och medicinsk personal i många situationer, från traumatisk skada till sjukdom till operation. Om kontroll inte etableras inom de första minuterna av en blödning, ytterligare behandling och läkning är omöjliga.

På UC Santa Barbara, forskare vid institutionen för kemiteknik och vid Center for Bioengineering (CBE) har vänt sig till människokroppens egna mekanismer för inspiration för att hantera den nödvändiga och komplicerade koagulationsprocessen. Genom att skapa nanopartiklar som efterliknar formen, flexibilitet och ytbiologi hos kroppens egna blodplättar, de kan påskynda naturliga läkningsprocesser samtidigt som de öppnar dörren för terapier och behandlingar som kan anpassas till specifika patientbehov.

"Detta är en viktig milstolpe i utvecklingen av syntetiska blodplättar, såväl som i riktad läkemedelstillförsel, " sa Samir Mitragotri, CBE direktör, som är specialiserad på riktade terapiteknologier. Resultaten av forskarnas resultat visas i det aktuella numret av tidskriften ACS Nano .

Koaguleringsprocessen är bekant för alla som har drabbats av även de minsta skador, som ett skrap- eller pappersklipp. Blodet forsar till skadeplatsen, och inom några minuter stannar flödet när en plugg bildas på platsen. Vävnaden under och runt pluggen arbetar för att sticka ihop sig själv och så småningom försvinner pluggen.

Men det vi inte ser är koagulationskaskaden, serien av signaler och andra faktorer som främjar koagulering av blod och möjliggör övergången mellan en fritt rinnande vätska på platsen och en trögflytande substans som för med sig helande faktorer till skadan. Koagulering är faktiskt en koreografi av olika ämnen, bland de viktigaste är blodplättar, blodkomponenten som ackumuleras på platsen för såret för att bilda den initiala pluggen.

"Medan dessa blodplättar flödar i vårt blod, de är relativt inerta, " sa doktorandforskaren Aaron Anselmo, huvudförfattare till tidningen. Så fort en skada inträffar, dock, blodplättarna, på grund av fysiken i deras form och deras svar på kemiska stimuli, flytta från huvudflödet till sidan av blodkärlsväggen och samlas, bindning till platsen för skadan och till varandra. När de gör det, blodplättarna släpper ut kemikalier som "kallar" andra blodplättar till platsen, till slut täppa till såret.

Men vad händer när skadan är för svår, eller patienten tar antikoagulationsmedicin, eller på annat sätt är nedsatt i sin förmåga att bilda en propp, även för en blygsam eller mindre skada?

Det är där trombocytliknande nanopartiklar (PLN) kommer in. Dessa små, trombocytformade partiklar som beter sig precis som sina mänskliga motsvarigheter kan läggas till blodflödet för att försörja eller förstärka patientens egna naturliga trombocyttillförsel, stoppa blodflödet och initiera läkningsprocessen, samtidigt som läkare och andra vårdgivare kan påbörja eller fortsätta den nödvändiga behandlingen. Nödsituationer kan komma under kontroll snabbare, skador kan läka snabbare och patienter kan återhämta sig med färre komplikationer.

"Vi kunde faktiskt minska blödningstiden med 65 procent jämfört med ingen behandling, sa Anselmo.

Enligt Mitragotri, nyckeln ligger i PLNs efterliknande av den äkta varan. Genom att imitera formen och flexibiliteten hos naturliga blodplättar, PLN kan också strömma till skadeplatsen och samlas där. Med ytor funktionaliserade med samma biokemiska motiv som finns i deras mänskliga motsvarigheter, dessa PLN kan också kalla andra blodplättar till platsen och binda till dem, öka chanserna att bilda den där viktiga pluggen. Dessutom, och mycket viktigt, dessa blodplättar är konstruerade för att lösas upp i blodet efter att deras användbarhet har tagit slut. Detta minimerar komplikationer som kan uppstå vid akuta hemostatiska procedurer.

"Grejen med hemostatiska medel är att man måste ingripa i rätt omfattning, " sa Mitragotri. "Om du gör för mycket, du orsakar problem. Om du gör för lite, du skapar problem."

Dessa syntetiska blodplättar låter forskarna också förbättra naturen. Enligt Anselmos undersökningar, för samma ytegenskaper och form, partiklar i nanoskala kan prestera ännu bättre än blodplättar i mikronstorlek. Dessutom, denna teknologi möjliggör anpassning av partiklarna med andra terapeutiska substanser – mediciner, terapier och sådant — som patienter med specifika tillstånd kan behöva.

"Den här tekniken kan hantera en uppsjö av kliniska utmaningar, " sa Dr Scott Hammond, chef för UCSB:s Translational Medicine Research Laboratories. "En av de största utmaningarna inom klinisk medicin just nu - som också kostar mycket pengar - är att vi lever längre och att människor är mer benägna att sluta på blodförtunnande medel. När en äldre patient kommer till en klinik, det är en enorm utmaning eftersom du inte har någon aning om vad deras historia är och du kan behöva ett ingripande."

Med optimerbara PLN, läkare skulle kunna hitta en finare balans mellan antikoagulantbehandling och sårläkning hos äldre patienter, genom att använda nanopartiklar som kan rikta sig mot vart blodproppar bildas utan att utlösa oönskade blödningar. I andra applikationer, blodburna patogener och andra smittämnen skulle kunna minimeras med antibiotikabärande nanopartiklar. Partiklar kan fås att uppfylla vissa krav för att resa till vissa delar av kroppen – över blod-hjärnbarriären, till exempel – för bättre diagnostik och verkligt riktade terapier.

Dessutom, enligt forskarna, dessa syntetiska blodplättar kostar relativt sett mindre, och har längre hållbarhet än mänskliga blodplättar – en fördel i tider av utbredd nödsituation eller katastrof, när behovet av dessa blodkomponenter är som störst och förmågan att lagra dem på plats är avgörande.