Een team van wetenschappers heeft deeltjes gemaakt die enkele van de belangrijkste eigenschappen van rode bloedcellen nauw weerspiegelen, mogelijk helpen om de weg vrij te maken voor de ontwikkeling van synthetisch bloed.

De nieuwe ontdekking – geschetst in een studie die verschijnt in de online Early Edition van de Proceedings van de National Academy of Sciences in de week van 10 januari 2011 – zou ook kunnen leiden tot effectievere behandelingen voor levensbedreigende medische aandoeningen zoals kanker.

Onderzoekers van de Universiteit van North Carolina in Chapel Hill gebruikten technologie die bekend staat als PRINT (Particle Replication in Non-wetting Templates) om zeer zachte hydrogeldeeltjes te produceren die de grootte nabootsen, vorm en flexibiliteit van rode bloedcellen, waardoor de deeltjes voor langere tijd in het lichaam kunnen circuleren.

Tests van het vermogen van de deeltjes om functies uit te voeren, zoals het transporteren van zuurstof of het dragen van therapeutische medicijnen, zijn niet uitgevoerd, en ze blijven niet zo lang in het cardiovasculaire systeem als echte rode bloedcellen.

Echter, de onderzoekers geloven dat de bevindingen - vooral met betrekking tot flexibiliteit - significant zijn omdat rode bloedcellen van nature vervormen om door microscopisch kleine poriën in organen en nauwe bloedvaten te gaan. Gedurende hun levensduur van 120 dagen, echte cellen worden geleidelijk stijver en worden uiteindelijk uit de circulatie gefilterd wanneer ze niet langer voldoende kunnen vervormen om door de poriën in de milt te gaan. Daten, Pogingen om effectieve nabootsing van rode bloedcellen te creëren zijn beperkt gebleven omdat de deeltjes de neiging hebben om snel uit de circulatie te worden gefilterd vanwege hun inflexibiliteit.

Naast de stap dichter bij het produceren van volledig synthetisch bloed, de bevindingen kunnen van invloed zijn op benaderingen voor de behandeling van kanker. Kankercellen zijn zachter dan gezonde cellen, waardoor ze zich op verschillende plaatsen in het lichaam kunnen nestelen, wat leidt tot de verspreiding van de ziekte. Deeltjes geladen met kankerbestrijdende medicijnen die langer in omloop kunnen blijven, kunnen de deur openen naar agressievere behandelmethoden.

"Het creëren van deeltjes voor een langere circulatie in de bloedstroom is vanaf het begin een grote uitdaging geweest bij de ontwikkeling van systemen voor medicijnafgifte, " zei Joseph DeSimone, doctoraat, de co-hoofdonderzoeker van de studie, Chancellor's Eminente Professor of Chemistry in UNC's College of Arts and Sciences, een lid van UNC's Lineberger Comprehensive Cancer Center en William R. Kenan Jr. Distinguished Professor of Chemical Engineering aan de NC State University. "Hoewel we de vervormbaarheid van deeltjes samen met andere parameters moeten overwegen wanneer we het gedrag van deeltjes in het menselijk lichaam bestuderen, wij geloven dat deze studie een echte game changer is voor de toekomst van nanogeneeskunde."

Tsjaad Mirkin, doctoraat, George B. Rathmann hoogleraar scheikunde aan de Northwestern University, zei dat het vermogen om de natuurlijke processen van een lichaam na te bootsen voor medicinale doeleinden een al lang bestaand maar ontwijkend doel is voor onderzoekers. "Deze bevindingen zijn belangrijk omdat het vermogen om deeltjes op micronschaal reproduceerbaar te synthetiseren met instelbare vervormbaarheid die onbeperkt door het lichaam kunnen bewegen, net als rode bloedcellen, opent de deur naar een nieuwe grens in de behandeling van ziekten, " zei Mirkin, die ook lid is van President Obama's Council of Advisors on Science and Technology en directeur van Northwestern's International Institute for Nanotechnology.

UNC-onderzoekers ontwierpen het hydrogelmateriaal voor het onderzoek om deeltjes met verschillende stijfheid te maken. Vervolgens, met behulp van PRINT-technologie - een techniek die is uitgevonden in het laboratorium van DeSimone om nanodeeltjes te produceren met controle over de grootte, vorm en chemie — ze creëerden mallen, die werden gevuld met de hydrogeloplossing en verwerkt om duizenden rode bloedcelachtige schijven te produceren, elk slechts 6 micrometer in diameter.

Het team testte vervolgens de deeltjes om hun vermogen te bepalen om in het lichaam te circuleren zonder door verschillende organen te worden uitgefilterd. Wanneer getest op muizen, de meer flexibele deeltjes gingen 30 keer langer mee dan de stijvere:de minst flexibele deeltjes verdwenen uit de circulatie met een halfwaardetijd van 2,88 uur, vergeleken met 93,29 uur voor de meest flexibele. Stijfheid had ook invloed op waar deeltjes uiteindelijk terecht kwamen:stijvere deeltjes hadden de neiging om in de longen te blijven hangen, maar de meer flexibele deeltjes deden dat niet; in plaats daarvan, ze werden verwijderd door de milt, het orgaan dat typisch oude echte rode bloedcellen verwijdert.