Ingenieurs aan de Universiteit van Californië, San Diego heeft een "nanospons" uitgevonden die in staat is om een ​​brede klasse van gevaarlijke gifstoffen veilig uit de bloedbaan te verwijderen - inclusief gifstoffen geproduceerd door MRSA, E coli , giftige slangen en bijen. Deze nanosponzen, die tot nu toe zijn onderzocht bij muizen, kan "porievormende toxines" neutraliseren, " die cellen vernietigen door gaten in hun celmembranen te prikken. In tegenstelling tot andere antitoxineplatforms die op maat moeten worden gesynthetiseerd voor het individuele toxinetype, de nanosponzen kunnen verschillende porievormende toxines absorberen, ongeacht hun moleculaire structuur. In een onderzoek tegen alfa-hemolysinetoxine van MRSA, pre-inenting met nanosponzen stelde 89 procent van de muizen in staat om dodelijke doses te overleven.

Het toedienen van nanosponzen na de dodelijke dosis leidde tot 44 procent overleving.

Het team, geleid door nano-ingenieurs aan de UC San Diego Jacobs School of Engineering, publiceerde de bevindingen in Natuur Nanotechnologie 14 april.

"Dit is een nieuwe manier om gifstoffen uit de bloedbaan te verwijderen, " zei Liangfang Zhang, een professor in nano-engineering aan de UC San Diego Jacobs School of Engineering en de senior auteur van het onderzoek. "In plaats van specifieke behandelingen voor individuele toxines te creëren, we ontwikkelen een platform dat gifstoffen kan neutraliseren die worden veroorzaakt door een breed scala aan pathogenen, inclusief MRSA en andere antibioticaresistente bacteriën, " zei Zhang. Het werk zou ook kunnen leiden tot niet-soortspecifieke therapieën voor giftige slangenbeten en bijensteken, waardoor het waarschijnlijker wordt dat zorgverleners of risicopersonen levensreddende behandelingen beschikbaar zullen hebben wanneer ze die het meest nodig hebben.

De onderzoekers streven ernaar dit werk te vertalen in goedgekeurde therapieën. "Een van de eerste toepassingen waar we naar streven zou een antivirulentiebehandeling voor MRSA zijn. Daarom hebben we in onze experimenten een van de meest virulente toxines van MRSA bestudeerd, " zei "Jack" Che-Ming Hu, de eerste auteur op het papier. Hé, nu een postdoctoraal onderzoeker in het laboratorium van Zhang, behaalde zijn Ph.D. in bio-engineering van UC San Diego in 2011.

Aspecten van dit werk zullen op 18 april worden gepresenteerd op Research Expo, het jaarlijkse onderzoeks- en netwerkevenement voor afgestudeerde studenten van de UC San Diego Jacobs School of Engineering.

Nanosponzen als lokvogels

Om het immuunsysteem te ontwijken en in de bloedbaan te blijven, de nanosponzen zijn verpakt in membranen van rode bloedcellen. Deze technologie voor het verhullen van rode bloedcellen is ontwikkeld in het laboratorium van Liangfang Zhang aan de UC San Diego. De onderzoekers toonden eerder aan dat nanodeeltjes vermomd als rode bloedcellen kunnen worden gebruikt om kankerbestrijdende medicijnen rechtstreeks in een tumor af te leveren. Zhang heeft ook een faculteitsaanstelling bij het UC San Diego Moores Cancer Center.

Rode bloedcellen zijn een van de belangrijkste doelwitten van porievormende toxines. Wanneer een groep gifstoffen allemaal dezelfde cel doorprikt, het vormen van een porie, ongecontroleerde ionen komen binnen en de cel sterft.

De nanosponzen lijken op rode bloedcellen, en dienen daarom als lokvogels voor rode bloedcellen die de gifstoffen verzamelen. De nanosponzen absorberen schadelijke gifstoffen en leiden ze weg van hun cellulaire doelen. De nanosponzen hadden een halfwaardetijd van 40 uur in de experimenten van de onderzoekers bij muizen. Uiteindelijk heeft de lever zowel de nanosponzen als de gesekwestreerde toxines veilig gemetaboliseerd, waarbij de lever geen waarneembare schade oploopt.

Elke nanospons heeft een diameter van ongeveer 85 nanometer en is gemaakt van een biocompatibele polymeerkern die is gewikkeld in segmenten van membranen van rode bloedcellen.

Zhang's team scheidt de rode bloedcellen van een klein bloedmonster met behulp van een centrifuge en plaatst de cellen vervolgens in een oplossing waardoor ze opzwellen en barsten, het vrijgeven van hemoglobine en het achterlaten van RBC-huiden. De huiden worden vervolgens gemengd met de bolvormige nanodeeltjes totdat ze zijn bedekt met een rode bloedcelmembraan.

Slechts één rode bloedcelmembraan kan duizenden nanosponzen maken, welke 3 zijn 000 keer kleiner dan een rode bloedcel. Met een enkele dosis, dit leger van nanosponzen overstroomt de bloedstroom, rode bloedcellen overtreffen en toxines onderscheppen.

Op basis van reageerbuisexperimenten, het aantal toxines dat elke nanospons kon absorberen, was afhankelijk van het toxine. Bijvoorbeeld, ongeveer 85 alfa-hemolysinetoxine geproduceerd door MRSA, 30 stretpolysine-O-toxinen en 850 melittin-monomoeren, die deel uitmaken van bijengif.

In muizen, administering nanosponges and alpha-haemolysin toxin simultaneously at a toxin-to-nanosponge ratio of 70:1 neutralized the toxins and caused no discernible damage.

One next step, zeggen de onderzoekers, is to pursue clinical trials.