Wetenschappers en ingenieurs hebben uniforme magnetische velden gebruikt om ijzerhoudende nanodeeltjes naar metalen stents in beschadigde bloedvaten te sturen, waar de deeltjes een medicijnlading afgeven die met succes verstoppingen in die vaten voorkomt. In deze dierstudie de nieuwe techniek behaalde betere resultaten bij een lagere dosis dan conventionele niet-magnetische stenttherapie.

Uitgevoerd in celculturen en ratten, het onderzoek is het laatste in een reeks onderzoeken in The Children's Hospital of Philadelphia, die de haalbaarheid aantonen van magnetisch geleide nanodeeltjes als een nieuw leveringsplatform voor een verscheidenheid aan mogelijke therapeutische ladingen:DNA, cellen en medicijnen. De bevindingen kunnen de weg vrijmaken voor een nieuw medisch hulpmiddel, vasculaire magnetische interventie genoemd.

"Dit kan een belangrijke platformtechnologie worden voor het leveren van medicijnen en andere middelen aan specifieke locaties waar ze voordelen kunnen opleveren in zieke of beschadigde bloedvaten, " zei studieleider Robert J. Levy, MD, de William J. Rashkind bijzonder leerstoel in pediatrische cardiologie in het kinderziekenhuis van Philadelphia.

Het onderzoek verschijnt in de P roceedings van de National Academy of Sciences , deze week online gepubliceerd. Levy's groep van het kinderziekenhuis werkte samen met ingenieurs en wetenschappers van de Drexel University, Northeastern University en Duke University.

Levy's werk introduceert een nieuw plaatsingssysteem voor een bestaande medische technologie:stents die in een katheter zijn geplaatst. Patiënten met hartaandoeningen krijgen vaak dergelijke stents, smalle metalen steigers die een gedeeltelijk verstopt bloedvat verwijden. Deze stents zijn vaak gecoat met antiproliferatieve geneesmiddelen zoals paclitaxel. Paclitaxel remt de ophoping van gladde spiercellen in de stent die een obstructie veroorzaken.

Echter, huidige drug-eluting stents hebben hun beperkingen. Ze bevatten een vaste dosis medicatie, goed voor slechts één release. Bij een aanzienlijk aantal patiënten reconstructie optreedt. Levy's magnetisch geleide systeem verbreedt de mogelijkheden voor stents, aangezien magnetische targeting het gebruik van hogere doses mogelijk maakt, opnieuw doseren als problemen terugkeren en meer dan één type middel gebruiken om een ​​bloedvat met een stent te behandelen.

Levy maakte gebruik van nanotechnologie, het toepassen van extreem kleine materialen. Zijn laboratoriumteam creëerde nanodeeltjes, ongeveer 290 nanometer breed, gemaakt van een biologisch afbreekbaar polymeer en geïmpregneerd met magnetiet, een ijzeroxide. (Een nanometer is een miljoenste millimeter; deze nanodeeltjes zijn tien tot honderd keer kleiner dan rode bloedcellen.). Het magnetiet in de deeltjes reageert sterk op een magnetisch veld. Biologisch afbreekbaar zijn, de deeltjes breken veilig af in het lichaam na het loslaten van hun nuttige lading.

Levy's team implanteerde eerst roestvrijstalen stents in de halsslagaders van levende ratten. Na het injecteren van met paclitaxel beladen nanodeeltjes in de slagaders van de rat via een katheter, ze produceerden vijf minuten lang een uniform magnetisch veld rond elke rat. Het magnetische veld, vergelijkbaar met die van bestaande MRI-machines, maar een tiende zo sterk, magnetiseerde zowel de stents als de nanodeeltjes, en dreef de deeltjes in de stents en het nabijgelegen arteriële weefsel.

De onderzoekers plaatsten stents en nanodeeltjes in een groep controleratten, maar zonder een magnetisch veld te gebruiken. Vijf dagen na ontvangst van de infusie van nanodeeltjes, de magnetisch behandelde dieren hadden vier tot tien keer zoveel deeltjes in hun gestente slagaders als de controledieren.

Bovendien, het gebruik van magnetische velden om de behandeling te concentreren had een blijvend effect. Veertien dagen na gebruik van het magnetische veld en een enkele dosis paclitaxel, ingekapseld in magnetische nanodeeltjes, de onderzoekers ontdekten dat de slagaders van ratten significant lagere restenose hadden dan gevonden in slagaders van controleratten die geen magnetische behandeling hadden.

In de afgelopen jaren, Levy en collega's hebben soortgelijke bewijzen van concept aangetoond in andere dierstudies, met behulp van magnetisch geleide nanodeeltjes om gentherapie en therapeutische endotheelcellen af ​​te leveren aan arteriële stents. De techniek is veelzijdig, Levy zegt, eraan toevoegend dat het ook een breed scala aan effectieve therapeutische middelen zou kunnen leveren.

Stents en magnetische velden kunnen ook combinatietherapieën opleveren. Nanodeeltjes kunnen verschillende agentia tegelijkertijd of op verschillende tijdstippen vervoeren. Omdat de stents op hun plaats blijven, artsen konden patiënten terugtrekken, het toedienen van therapeutische middelen via katheters onder magnetische begeleiding. Omdat het magnetische effect zijn leveringspakket concentreert op de specifieke plaats van een stent, artsen zouden sterkere effecten kunnen bereiken met lagere totale doses van een bepaald middel. Bijdragen aan de efficiëntie van de techniek, de op polymeer gebaseerde nanodeeltjes zorgden voor aanhoudende afgifte van het geneesmiddel gedurende de 14-daagse cursus van het onderzoek.

Levy voorziet een toekomstige therapie genaamd vasculaire magnetische interventie, waarbij een patiënt regelmatig wordt behandeld door een vaatchirurg of interventiecardioloog die doses therapeutische nanodeeltjes onder een laag niveau toedient, uniform magnetisch veld.

Hoewel stents momenteel vooral worden gebruikt voor hartpatiënten, Levy noemde een grote onvervulde behoefte onder de miljoenen patiënten met chronische perifere vaatziekte. Bij diabetespatiënten met een slechte bloedsomloop, bijvoorbeeld, drug-eluting stents hebben "teleurstellende resultaten gehad, "Lieve zegt, omdat beenslagaders groter zijn dan kransslagaders, en onvoldoende medicijndoses zijn opgenomen in de stentcoating. "Onze techniek biedt kansen voor een nieuwe aanpak waarbij we doseringen kunnen variëren en de behandelingen kunnen herhalen, " hij voegt toe.

Bij kinderen, stents worden gebruikt om anatomische structuren mechanisch te vergroten voor aandoeningen zoals perifere longarteriestenose, de hartafwijking coarctatie van de aorta, en atriale septumdefecten gecreëerd door interventionele technieken om zuurstofrijk bloed te leveren. Levy suggereert dat de magnetisch geleide nanodeeltjes medicijnen kunnen opleveren die de resultaten in elk van deze instellingen zouden kunnen verbeteren, evenals een aantal andere op stents gebaseerde interventies die worden gebruikt in de pediatrische cardiologie.

Voor de magnetisch geleide nanodeeltjes die Levy bestudeert, potentiële klinische toepassingen liggen nog in de toekomst, maar misschien niet te ver weg. Hij verwacht de komende jaren samen te werken met klinische onderzoekers om vasculaire magnetische interventie dichter bij de klinische realiteit te brengen. "Deze techniek staat op het punt een nieuw platform te worden voor interventionele therapieën die veiliger en effectiever kunnen zijn dan de huidige behandelingen, " hij zei.