Nanopartiklar förklädda som mänskliga blodplättar kan avsevärt förbättra den läkande kraften hos läkemedelsbehandlingar för hjärt-kärlsjukdomar och systemiska bakterieinfektioner. Dessa blodplättsliknande nanopartiklar, utvecklad av ingenjörer vid University of California, San Diego, är kapabla att leverera läkemedel till riktade platser i kroppen – särskilt skadade blodkärl, samt organ infekterade av skadliga bakterier. Ingenjörer visade att genom att leverera drogerna bara till de områden där läkemedlen behövdes, dessa blodplättskopieringar ökade kraftigt de terapeutiska effekterna av läkemedel som administrerades till sjuka råttor och möss.

Forskningen, leds av nanoingenjörer vid UC San Diego Jacobs School of Engineering, publicerades online den 16 september Natur .

"Detta arbete tar itu med en stor utmaning inom området nanomedicin:riktad läkemedelsleverans med nanopartiklar, " sa Liangfang Zhang, en nanoengineering professor vid UC San Diego och senior författare till studien. "På grund av deras målförmåga, blodplättsliknande nanopartiklar kan direkt ge en mycket högre dos av medicin specifikt till sjuka områden utan att mätta hela kroppen med droger."

Studien är ett utmärkt exempel på att använda tekniska principer och teknik för att uppnå "precisionsmedicin, sa Shu Chien, professor i bioteknik och medicin, chef för Institute of Engineering in Medicine vid UC San Diego, och en motsvarande författare om studien. "Medan denna principiella studie visar specifik leverans av terapeutiska medel för att behandla hjärt-kärlsjukdomar och bakterieinfektioner, det har också breda konsekvenser för riktad terapi för andra sjukdomar som cancer och neurologiska störningar, sa Chien.

Ins och outs av blodplättscopycats

På utsidan, trombocyt-efterliknande nanopartiklar är täckta med mänskliga trombocytmembran, som gör att nanopartiklarna kan cirkulera i hela blodomloppet utan att bli attackerade av immunförsvaret. Trombocytmembranbeläggningen har en annan fördelaktig egenskap:den binder företrädesvis till skadade blodkärl och vissa patogener som MRSA-bakterier, tillåta nanopartiklar att leverera och släppa ut sina läkemedelsnyttolast specifikt till dessa platser i kroppen.

Inuti trombocytmembranen finns nanopartikelkärnor gjorda av en biologiskt nedbrytbar polymer som säkert kan metaboliseras av kroppen. Nanopartiklarna kan packas med många små läkemedelsmolekyler som diffunderar ut ur polymerkärnan och genom trombocytmembranet till sina mål.

För att göra trombocyt-membranbelagda nanopartiklar, Ingenjörer separerade först blodplättar från helblodsprover med hjälp av en centrifug. Blodplättarna bearbetades sedan för att isolera blodplättsmembranen från blodplättscellerna. Nästa, trombocytmembranen delades upp i mycket mindre bitar och smältes till ytan av nanopartikelkärnor. De resulterande trombocytmembranbelagda nanopartiklarna är cirka 100 nanometer i diameter, som är tusen gånger tunnare än ett genomsnittligt pappersark.

Denna cloaking -teknik är baserad på den strategi som Zhangs forskargrupp hade utvecklat för att dölja nanopartiklar i röda blodkroppsmembran. Forskarna har tidigare visat att nanopartiklar förklädda som röda blodkroppar kan ta bort farliga porbildande toxiner som produceras av MRSA, giftiga ormbett och bistick från blodomloppet.

Genom att använda kroppens egna trombocytmembran, forskarna kunde producera trombocythärmare som innehåller hela uppsättningen ytreceptorer, antigener och proteiner som finns naturligt på trombocytmembran. Detta till skillnad från andra ansträngningar, som syntetiserar trombocythärmar som replikerar ett eller två ytproteiner i trombocytmembranet.

"Vår teknik drar fördel av de unika naturliga egenskaperna hos mänskliga trombocytmembran, som har en naturlig preferens för att binda till vissa vävnader och organismer i kroppen, " sa Zhang. Denna målförmåga, som röda blodkroppsmembran inte har, gör trombocytmembran extremt användbart för riktad läkemedelsleverans, sa forskare.

Trombocytkopia på jobbet

I en del av denna studie, forskare packade trombocytliknande nanopartiklar med docetaxel, ett läkemedel som används för att förhindra bildning av ärrvävnad i slemhinnan i skadade blodkärl, och administrerade dem till råttor som drabbats av skadade artärer. Forskare observerade att de docetaxelinnehållande nanopartiklarna selektivt samlade på de skadade platserna i artärer och läkte dem.

När den är packad med en liten dos antibiotika, blodplättsliknande nanopartiklar kan också avsevärt minimera bakterieinfektioner som har kommit in i blodomloppet och spridit sig till olika organ i kroppen. Forskare injicerade nanopartiklar som bara innehöll en sjättedel av den kliniska dosen av antibiotikumet vankomycin i en av mössgrupper som systemiskt infekterats med MRSA-bakterier. Organen hos dessa möss slutade med bakterieantal upp till tusen gånger lägre än möss som behandlats med enbart den kliniska dosen vankomycin.

"Våra blodplättsliknande nanopartiklar kan öka den terapeutiska effekten av antibiotika eftersom de kan fokusera behandlingen på bakterierna lokalt utan att sprida läkemedel till friska vävnader och organ i resten av kroppen, "sa Zhang." Vi hoppas kunna utveckla trombocytliknande nanopartiklar till nya behandlingar för systemiska bakterieinfektioner och hjärt-kärlsjukdomar. "