Testad på mänskligt blod i labbet, de selektiva nanokapslarna kan minska biverkningarna av ett läkemedel som löser upp blodproppar, som inkluderar blödning på hjärnan. Om det bekräftas med djurförsök, nanokapslarna kan också göra läkemedlet mer effektivt vid lägre doser.

Blodproppar, även känd som tromber, är en nyckelorsak till stroke och hjärtinfarkter som är ledande orsaker till dödsfall och ohälsa över hela världen. De kan behandlas med ett blodproppslösande läkemedel som kallas vävnadsplasminogenaktivator (tPA) som stör koagel för att rensa det blockerade blodkärlet och återupprätta blodflödet.

Dock, tPA kan orsaka livshotande blödning utanför målet, och varar bara några minuter i cirkulation, kräver så ofta upprepade doser, vilket ytterligare ökar risken för blödning. Följaktligen, den används endast för en minoritet av potentiellt kvalificerade patienter.

Nu, forskare vid Imperial College London har funnit att genom att innesluta tPA i nydesignade små kapslar, den kan riktas mer specifikt mot skadliga blodproppar med ökad cirkulationstid. De designade nanokapslarna för att fästa på aktiverade blodplättar som finns i tromber, släpp tPA-nyttolasten och lös upp koagel.

Huvudförfattaren Dr Rongjun Chen från Imperials avdelning för kemiteknik sa:"tPA har ett smalt fönster mellan önskad effekt och biverkningar, så vi har slagit in den i en förpackning som förlänger detta terapeutiska fönster och minimerar den nödvändiga dosen. Våra resultat är spännande men djurstudier och kliniska studier krävs för validering."

Blodproppar är gjorda av blodkroppar som kallas blodplättar som länkar samman när de aktiveras. Dessa blodplättar hålls samman med proteiner som kallas fibrinogen som binder till aktiverade blodplättar och bildar "broar" mellan dem. Den nya nanokapseln, kallas tPA-cRGD-PEG-NV, efterliknar fibrinogen så att det söker upp proppar i blodkärlen.

Forskarna testade detta på friskt mänskligt blod under båda statiska förhållanden, där fortfarande blod testades i petriskålar, och fysiologiska flödesförhållanden i ett simulerat blodkärl. För att testa flödesförhållanden, de designade en datormodell för att simulera hur den inkapslade tPA kan verka i cirkulerande blod.

De fann att nanokapslarna var mycket selektiva när det gäller att binda till aktiverade blodplättar och att tiden det tog att lösa upp blodproppar var liknande den med oinkapslad tPA.

Medförfattare professor Xiao Yun Xu vid Imperials avdelning för kemiteknik sa:"Vi kombinerade experimentellt och beräkningsarbete för att karakterisera denna nanokapsel. För att bygga vår datormodell behövde vi en mekanistisk förståelse av samspelet mellan de fysiska och biokemiska processerna för blodpropp. löses upp. Modellen kan vara mycket användbar i djurförsök och kliniska prövningar av denna potentiella nanomedicin, såväl som att förutsäga optimal dosering för patienter."

Den specialbyggda datormodellen kunde simulera nanokapseltransport till koagelplatsen, dess utgivning av tPA, och dess upplösning av blodproppar. Professor Xu tillade:"Vår simulering illustrerade potentialen i att förutsäga resultatet av blodproppsbehandlingar i kliniskt relevanta scenarier."

Medförfattare professor Simon Thom från Imperial's National Heart and Lung Institute sa:"Vi har hittat ett sätt att göra ett blodproppssprängande läkemedel mer exakt riktat, potentiellt förbättra effektiviteten och minska katastrofala biverkningar. Detta lovande arbete visar aktiviteten av nano-inkapslat tPA i en laboratoriemiljö och banar väg för säkrare leverans av läkemedel med annars skadliga biverkningar. Forskning behövs nu i hela organismer för att bestämma kapselns effektivitet i en mer realistisk miljö."

Därefter kommer forskarna att testa den inkapslade tPA i djur för att se hur den fungerar i hela organismer, speciellt för att öka cirkulationstiden och kontrollera datormodellens förmåga att förutsäga koagelbrott i en realistisk miljö. Dr Chen tillade:"När den väl har validerats, de selektiva nanokapslarna och datormodellen skulle kunna fungera som kraftfulla plattformar för att utveckla nanoläkemedel som bryter blodpropp."

Studien publiceras i Vetenskapens framsteg .