Forskare från North Carolina State University och University of North Carolina vid Chapel Hill har utvecklat ett läkemedelsleveranssystem som möjliggör snabb respons på hjärtinfarkt utan kirurgiskt ingrepp. I laboratorie- och djurförsök, systemet visade sig vara effektivt för att lösa upp blodproppar, begränsa långvarig ärrbildning till hjärtvävnaden och bevara mer av hjärtats normala funktion.

"Vårt tillvägagångssätt skulle tillåta vårdgivare att börja behandla hjärtinfarkt innan en patient når en operationsavdelning, förhoppningsvis förbättra patientresultaten, " säger Ashley Brown, motsvarande författare till en artikel om arbetet och en biträdande professor i Joint Biomedical Engineering Program (BME) vid NC State och UNC. "Och eftersom vi kan rikta in oss på blockeringen, vi kan använda kraftfulla droger som kan utgöra hot mot andra delar av kroppen; inriktningen minskar risken för oavsiktliga skador."

Hjärtattacker, eller hjärtinfarkter, uppstår när en tromb – eller propp – blockerar ett blodkärl i hjärtat. För att behandla hjärtinfarkt, läkare utför ofta operation för att införa en kateter i blodkärlet, tillåta dem att fysiskt bryta upp eller ta bort tromben. Men alla patienter har inte snabb tillgång till kirurgisk vård.

Och fler skador kan uppstå även efter att blockeringen har tagits bort. Det beror på att återföring av färskt blod till vävnader som hade blockerats kan orsaka egen skada, kallas reperfusionsskada. Reperfusionsskada kan orsaka ärrbildning, stelna hjärtvävnaden och begränsa hjärtats normala funktionalitet.

För att lösa dessa problem, forskare har utvecklat en lösning som bygger på porösa nanogelsfärer, cirka 250 nanometer i diameter, som riktar sig mot en tromb och levererar en cocktail av två läkemedel:tPA och Y-27632.

En tromb kan vara gjord av olika ämnen, såsom blodplättar eller arteriella plack, men de innehåller alla ett ämne som heter fibrin. Så, att rikta blockeringar, varje nanogel är belagd med proteiner som binder specifikt till fibrin. Med andra ord, när nanogelerna når en tromb, de fastnar.

tPA och Y-27632 är skiktade inuti nanosfären, med tPA som bildar ett skal som omger Y-27632. Som ett resultat, tPA läcker ut först vid trombplatsen, låta den göra sitt jobb – vilket är att bryta ner fibrin och lösa upp koagel.

När tPA släpps, Y-27632 slipper nanogelen. Medan tPA riktar sig mot själva blodproppen, Y-27632 syftar till att begränsa skador som orsakas av reperfusionsskada. Den gör detta genom att begränsa styvheten hos cellerna i området som bidrar till ärrbildning. Detta gör att dessa celler kan behålla mer av sin plasticitet, förbättra deras förmåga att fungera normalt och bevara mer hjärtfunktion.

In vitro-testning, forskarna fann att den riktade cocktailen tPA/Y-27632 löste upp blodproppar på några minuter. Även om detta ännu inte har testats i försök, det kan fungera snabbare än kirurgiska ingrepp, som kräver tid för att förbereda patienten och få katetern på plats.

I tester med laboratorieråttor, forskarna fann också att deras teknik begränsade ärrbildning och bevarade hjärtfunktionen efter hjärtinfarkt bättre än målinriktad tPA eller Y-27632 av sig själva – och mycket bättre än en kontrollgrupp där djuren inte fick något läkemedel.

Specifikt, djur som fick den riktade cocktailen hade en vänsterkammars ejektionsfraktion, som mäter ett hjärtas funktionalitet, på cirka 67 procent fyra veckor efter hjärtinfarkten – vilket är hälsosamt. TPA i sig var cirka 57 procent, som är i den nedre delen av det normala intervallet, medan både kontrollgruppen och Y-27632 i sig sjönk in på 40-talet. Liknande, den riktade cocktailen resulterade i ärrvävnad över mindre än 5 procent av det drabbade området. tPA och Y-27632 hade ärrvävnad över cirka 7 procent av området, där kontrollgruppen såg ärrbildning över mer än 10 procent.

Vad mer, forskarna fann att de riktade nanogelerna resulterade i att få eller inga av nanogelerna hittades i andra vävnader – såsom lungorna och levern – särskilt jämfört med användningen av de icke-riktade nanogelerna.

"Detta är en viktig del av våra resultat, eftersom tPA och Y-27632 båda kan utgöra risker om de börjar verka på delar av kroppen utanför målområdet, " säger Brown. "Till exempel, tPA kan orsaka blödningar och Y-27632 kan påverka många vävnader där cellsammandragning behövs för normal funktion."

En annan fördel med de riktade nanogelerna är att, på grund av deras ringa storlek, de kan rikta in sig på även de blodkärl som är för små för att nås med katetrar.

Forskarna noterar också att detta är en preklinisk studie. Nästa steg för arbetet är att ytterligare utvärdera säkerheten för nanogelerna och testa i större djurmodeller.

"Medan vi fortfarande är i de tidiga stadierna av att utveckla denna teknik, vi vet att det är viktigt att erkänna problem relaterade till kostnader, " säger Brown. "Med tanke på komplexiteten i läkemedelsleveranssystemet, det borde vara jämförbart med eller något dyrare än rekombinanta proteinläkemedel som för närvarande används kliniskt – som tPA i sig. Dock, eftersom drogerna är riktade, doserna är sannolikt mindre. Det borde bidra till att hålla kostnaderna jämförbara med befintliga läkemedel på marknaden."

Pappret, "Riktad behandling av ischemiska och fibrotiska komplikationer av hjärtinfarkt med hjälp av en mikrogelterapi med dubbla leveranser, " publiceras i tidskriften ACS Nano .