Hjärtsjukdomar och stroke är världens två mest dödliga sjukdomar, orsakade över 15 miljoner dödsfall 2016 enligt Världshälsoorganisationen. En viktig underliggande faktor i båda dessa globala hälsokriser är det vanliga tillståndet, åderförkalkning, eller ansamling av fettavlagringar, inflammation och plack på blodkärlens väggar. Vid 40 års ålder, ungefär hälften av oss kommer att ha detta tillstånd, många utan symtom.

En ny nanopartikelinnovation från forskare vid USC Viterbis avdelning för biomedicinsk teknik kan göra det möjligt för läkare att lokalisera när plack blir farligt genom att upptäcka instabila förkalkningar som kan utlösa hjärtinfarkt och stroke.

Forskningen — från Ph.D. student Deborah Chin under ledning av Eun Ji Chung, Dr. Karl Jacob Jr. och Karl Jacob III tidig karriärordförande, i samarbete med Gregory Magee, biträdande professor i klinisk kirurgi från Keck School of Medicine of USC – publicerades i Royal Society of Chemistry's Journal of Materials Chemistry B .

När ateroskleros uppstår i kranskärlen, blockeringar på grund av plack eller förkalkningsinducerade bristningar kan leda till en propp, minskar blodflödet till hjärtat, vilket är orsaken till de flesta hjärtinfarkter. När tillståndet uppstår i kärlen som leder till hjärnan, det kan orsaka stroke.

"En artär behöver inte vara 80 procent blockerad för att vara farlig. En artär med 45% blockering av plack kan vara mer benägen att brista, ", sa Chung. "Bara för att det är en stor plack betyder det inte nödvändigtvis att det är en instabil plack."

Chung sa att när små kalciumavlagringar, kallas mikroförkalkning, bildas i arteriella plack, placken kan bli bristningsbenägen.

Dock, att identifiera huruvida förkalkning av blodkärlen är instabil och sannolikt kommer att brista är särskilt svårt med traditionella CT- och MRI-skanningsmetoder, eller angiografi, som har andra risker.

"Angiografi kräver användning av katetrar som är invasiva och har inneboende risker för vävnadsskada, sa Chin, huvudförfattaren. "CT-skanningar å andra sidan, involvera joniserande strålning som kan orsaka andra skadliga effekter på vävnaden."

Chung sa att upplösningsbegränsningarna för traditionell bildbehandling erbjuder läkare en "fågelperspektiv" av större förkalkning, vilket kanske inte nödvändigtvis är farligt. "Om förkalkningen är på mikroskalan, det kan vara svårare att välja ut, " Hon sa.

Forskargruppen utvecklade en nanopartikel, känd som en micell, som fäster sig och lyser upp förkalkning för att underlätta att mindre sprickor som är benägna att brista ska synas vid bildtagning.

Chin sa att micellerna kan specifikt rikta sig mot hydroxiapatit, en unik form av kalcium som finns i artärer och aterosklerotiska plack.

"Våra micellnanopartiklar visar minimal toxicitet för celler och vävnad och är mycket specifika för hydroxiapatitförkalkning, " sade Chin. "Så, detta minimerar osäkerheten när det gäller att identifiera skadliga kärlförkalkningar."

Teamet har testat sin nanopartikel på förkalkade celler i en skål, inom en musmodell av ateroskleros, samt att använda patienthärledda artärprover från vaskulär kirurg, Magee, som visar deras tillämpbarhet inte bara på små djur utan i mänskliga vävnader.

"I vårat fall, vi visade att vår nanopartikel binder till förkalkning i den mest använda musmodellen för åderförkalkning och även fungerar i förkalkad kärlvävnad som härrör från patienter, " sa Chin.

Chung sa att nästa steg för teamet var att utnyttja micellpartiklarna för att användas i riktad läkemedelsbehandling för att behandla förkalkning i artärer, snarare än bara som ett sätt att upptäcka potentiella blockeringar.

"Tanken bakom nanopartiklar och nanomedicin är att det kan vara en bärare som Amazonas bärarsystem, transportera droger direkt till en specifik adress eller plats i kroppen, och inte till platser som du inte vill att den ska gå till, " sa Chung.

"Förhoppningsvis kan det möjliggöra lägre doser, men hög effekt på sjukdomsplatsen utan att skada normala celler och organprocesser, " Hon sa.