Veel medisch georiënteerde onderzoekers zijn op zoek naar ontwerpen waarmee medicijndragende nanodeeltjes door weefsels en het binnenste van cellen kunnen navigeren, maar ingenieurs van de Universiteit van Michigan hebben ontdekt dat deze deeltjes nog een hindernis moeten overwinnen:ontsnappen aan de bloedbaan.

Medicijnafgiftesystemen beloven nauwkeurige targeting van ziek weefsel, wat betekent dat geneesmiddelen effectiever kunnen zijn bij lagere doses en met minder bijwerkingen. Een dergelijke benadering zou plaques in slagaders kunnen behandelen, wat kan leiden tot hartaanvallen of beroertes.

Geneesmiddeldragers zouden ontstoken vaatwanden identificeren en een medicijn afgeven dat de afzettingen van calcium verwijdert, cholesterol en andere stoffen. Of, de dragers kunnen markers van kanker zoeken en de kleine bloedvaten in tumoren doden, het uithongeren van het kwaadaardige weefsel van voedsel en zuurstof.

nanodeeltjes, die een diameter hebben van minder dan één micron, of een duizendste van een millimeter, worden beschouwd als de meest veelbelovende dragers van geneesmiddelen. Omolola Eniola-Adefeso, U-M hoogleraar chemische technologie die nanodeeltjes in stromend bloed bestudeert, zegt dat het immuunsysteem ze niet snel kwijt kan.

"Het is moeilijk voor een witte bloedcel om te begrijpen dat er een nanodeeltje naast zit, " ze zei.

Diezelfde kleine afmetingen zorgen ervoor dat ze door de kieren tussen cellen kunnen glippen en celmembranen kunnen infiltreren, waar ze kunnen gaan werken om medicijnen toe te dienen. Maar Eniola-Adefeso en haar team ontdekten dat deze deeltjes een achilleshiel hebben.

Bloedvaten zijn de snelwegen van het lichaam, en zodra nanodeeltjes in de stroom komen, ze vinden het erg moeilijk om de uitgangen te bereiken. In alle vaten behalve haarvaten, de rode bloedcellen in stromend bloed hebben de neiging om samen te komen in het centrum.

"De rode bloedcellen vegen die deeltjes met een diameter van minder dan een micron en klemmen ze vast, " ze zei.

Gevangen tussen de rode cellen, de nanodeeltjes kunnen de vaatwand niet bereiken om ziektes in de bloedvaten of het weefsel daarbuiten te behandelen.

Met hun recente werk waaronder een onderzoek dat onlangs is gepubliceerd in Langmuir , Het team van Eniola-Adefeso heeft aangetoond dat sferen van nanodeeltjes met dit probleem te maken hebben in kleine arteriolen en venulen - een stap hoger dan de haarvaten - helemaal tot aan de slagaders van centimeters.

Ze ontdekten dit met behulp van plastic kanaaltjes die bekleed zijn met dezelfde cellen die de binnenkant van bloedvaten vormen. Menselijk bloed, met toegevoegde nano- of microsferen, liep door de kanalen, en het team observeerde of de bollen al dan niet naar de kanaalwanden migreerden en zich aan de voering bonden. De onderzoekers presenteren het eerste visuele bewijs dat maar weinig nanosferen de vaatwand bereiken in de bloedstroom.

"Voorafgaand aan het werk dat we hebben gedaan, mensen opereerden in de veronderstelling dat deeltjes op een gegeven moment een interactie aangaan met het bloedvat, ' zei Eniola-Adefeso.

Terwijl een relatief klein deel van de nanobolletjes naar de bloedvatwanden filtert, veel meer blijven in de bloedbaan en reizen door het hele lichaam. Het verhogen van de dosis nanodeeltjes geeft een slecht rendement; nadat het team vijf keer meer nanosferen aan de bloedmonsters had toegevoegd, het aantal bolletjes dat verbonden was met de voering van het bloedvat verdubbelde slechts.

"Als gelokaliseerde medicijnafgifte een belangrijk doel is, dan zullen nanosferen falen, " ze zei.

Maar het is niet allemaal slecht nieuws. De rode bloedcellen hadden de neiging microsferen met een diameter van twee micron of meer naar de wand te duwen. Of het bloed gelijkmatig stroomde, zoals het doet in arteriolen en venulen, of in pulsen, zoals gebeurt in slagaders, de grotere microsferen waren in staat om de vaatwand te bereiken en eraan te binden. Toen het team meer microsferen aan de stroom toevoegde, ze zagen een evenredige toename van microsferen op de vaatwand.

Hoewel microsferen te groot zijn om op zichzelf als medicijndragers in de cel- of weefselruimte te dienen, het team suggereerde dat microsferen nanosferen naar de vaatwand konden brengen, ze vrijgeven bij gehechtheid. Maar de eenvoudigere benadering kan nanodeeltjes van verschillende vormen zijn, die op eigen kracht aan de rode bloedcellen kunnen ontsnappen.

Eniola-Adefeso en haar team experimenteren met staafvormige nanodeeltjes.

"Een bol heeft geen drift, " ze zei, dus nanosferen zullen van nature niet zijwaarts uit de stroom van rode bloedcellen bewegen. "Als een roede vloeit, het drijft, en die drift brengt het dichter bij de vaatwand."