Åderförkalkning, en sjukdom där plack byggs upp inuti artärerna, är en produktiv och osynlig mördare, men den kan snart förlora sin förmåga att gömma sig i kroppen och orsaka förödelse. Forskare har nu utvecklat en nanopartikel som funktionellt efterliknar naturens eget högdensitetslipoprotein (HDL). Nanopartikeln kan samtidigt lysa upp och behandla aterosklerotiska plack som täpper till artärer. Terapi med detta tillvägagångssätt kan en dag hjälpa till att förhindra dödliga hjärtinfarkter och stroke.
Forskarna presenterar sitt arbete i dag vid det 251:a nationella mötet och utställningen av American Chemical Society (ACS). ACS, världens största vetenskapliga sällskap, håller mötet här till och med torsdag.
"Andra forskare har visat att om du isolerar HDL-komponenter från donerat blod, rekonstituera dem och injicera dem i djur, det verkar finnas en terapeutisk effekt, " säger Shanta Dhar, Ph.D. "Dock, med givares blod, det finns risk för immunologisk avstötning. Denna teknik lider också av uppskalningsutmaningar. Vår motivation var att undvika immunogena faktorer genom att göra en syntetisk nanopartikel som funktionellt kan efterlikna HDL. På samma gång, vi ville ha ett sätt att lokalisera de syntetiska partiklarna."
Nuvarande detektionsstrategier misslyckas ofta med att identifiera farliga plack, som kan täppa till artärer med tiden eller bryta av från artärväggarna och blockera blodflödet, orsaka hjärtinfarkt eller stroke. Magnetisk resonanstomografi (MRT) erbjuder en potentiell metod för plackvisualisering, men kräver användning av ett kontrastmedel för att tydligt visa de aterosklerotiska placken. Men potentialen för skadliga immunreaktioner finns fortfarande med användningen av donatorhärledd HDL.
Utöver bildbehandling, det finns en terapeutisk aspekt av att använda HDL. HDL är allmänt känt som "bra" kolesterol på grund av dess förmåga att dra lågdensitetslipoprotein, eller "dåligt" kolesterol, ur plack. Denna process krymper plack, vilket gör dem mindre benägna att täppa till artärer eller bryta isär.
För att samtidigt identifiera och behandla ateroskleros utan att utlösa ett immunsvar, Dhar och Bhabatosh Banik, Ph.D., en postdoktor i hennes labb, skapade en MRT-aktiv HDL-härmare. Forskarna, som är vid University of Georgia, Aten, hade tidigare byggt syntetiska HDL-partiklar som saknade kontrastmedel. Dessa partiklar sänkte nivåerna av totalt kolesterol och triglycerider hos möss.
"Den viktigaste utmaningen, sedan, designade kontrastmedlet, " säger Banik. "Det tog tid att ta reda på den optimala lipofilicitet och lösligheten." Kontrastmedlet, järnoxid, måste kapslas in i den syntetiska lipopartikelns hydrofoba kärna för att ge den ljusaste möjliga signalen. Så småningom, forskarna hittade rätt kemisk kombination – järnoxid med en fet ytbeläggning – för optimal partikelinkapsling. De visualiserade framgångsrikt kontrastmedlet med hjälp av MRT i cellstudier.
Forskarna använder sin syntetiska nanopartikel för att skilja mellan instabila plack och stationära. Att göra detta, Dhar riktade de nya MRI-aktiva HDL-härmaningarna till makrofager, vilka är vita blodkroppar som, tillsammans med lipider och kolesterol, göra upp aterosklerotiska plack.
Forskarna riktade sig mot makrofager genom att dekorera nanopartiklarnas ytor med en molekyl som selektivt binder till makrofager. Teamet observerade att nanopartiklarna uppslukades av dessa vita blodkroppar. "Sedan, när makrofagerna sprack, vilket är ett tecken på en instabil plack, cellerna spottar ut nanopartiklarna, vilket gör att MRT-signalen ändras på ett detekterbart sätt, " säger Banik.
Dhar säger att hennes labb nu använder MRT för att studera hur väl partiklarna lyser upp och behandlar plack hos djur, och hon hoppas kunna påbörja kliniska prövningar inom två år.
