"drones" ter grootte van een nanometer die een speciaal soort genezende moleculen afgeven aan vetafzettingen in slagaders, kunnen een nieuwe manier worden om hartaanvallen veroorzaakt door atherosclerose te voorkomen, volgens een studie in preklinische modellen door wetenschappers van Brigham and Women's Hospital (BWH) en Columbia University Medical Center. Deze bevindingen zijn gepubliceerd in het online nummer van 18 februari van: Wetenschap Translationele geneeskunde .

Hoewel de huidige behandelingen het aantal sterfgevallen als gevolg van aan atherosclerose gerelateerde ziekten hebben verminderd, atherosclerose blijft een gevaarlijk gezondheidsprobleem:atherosclerose van de kransslagaders is de nummer 1 moordenaar van vrouwen en mannen in de VS, resulterend in een op de vier sterfgevallen. In de studie, gerichte biologisch afbreekbare nano-'drones' die een speciaal type medicijn afleverden dat genezing bevordert ('resolutie'), met succes herstructureerde atherosclerotische plaques bij muizen om ze stabieler te maken. Deze hermodellering van de plaque-omgeving zou bij mensen worden voorspeld om plaqueruptuur en trombose te blokkeren en daardoor hartaanvallen en beroertes te voorkomen.

"Dit is het eerste voorbeeld van een gerichte nanodeeltjestechnologie die atherosclerose in een diermodel vermindert, " zei co-senior auteur Omid Farokzhad, MD, universitair hoofddocent en directeur van het Laboratorium voor Nanogeneeskunde en Biomaterialen van BWH en Harvard Medical School (HMS). "Jaren van onderzoek en samenwerking hebben geleid tot ons vermogen om nanotechnologie te gebruiken om ontstekingen op te lossen, hermodelleren en stabiliseren van plaques in een model van geavanceerde atherosclerose."

In dit onderzoek, gerichte nanomedicijnen gemaakt van polymere bouwstenen die tot op heden worden gebruikt in tal van door de FDA goedgekeurde producten, werden nano-engineered om een ​​ontstekingsremmende medicijnlading te dragen in de vorm van een biomimetisch peptide. Verder, dit peptide is afgeleid van een van de lichaamseigen natuurlijke ontstekingsremmende eiwitten, annexine A1 genaamd. Door de manier waarop de nanomedicijnen werden ontworpen, kon dit biologische geneesmiddel worden vrijgegeven op de doellocatie, de atherosclerotische plaque, op een gecontroleerde manier.

In muismodellen met geavanceerde atherosclerose, onderzoekers toegediend nanomedicijnen en relevante controles. Na vijf weken behandeling met de nanomedicijnen, schade aan de slagaders werd aanzienlijk hersteld en plaque werd gestabiliseerd.

specifiek, onderzoekers observeerden een vermindering van reactieve zuurstofsoorten; toename van collageen, die de vezelachtige dop versterkt; en vermindering van de plaque necrotische kern, en deze veranderingen werden niet waargenomen in vergelijking met het vrije peptide of lege nanodeeltjes.

"Veel onderzoekers proberen medicijnen te ontwikkelen die hartaanvallen voorkomen door ontstekingen te onderdrukken, maar die aanpak heeft enkele nadelen, " zei co-senior auteur Ira Tabas, MD, Richard J. Stock hoogleraar Geneeskunde (Immunologie) en hoogleraar Pathologie &Celbiologie aan Columbia. "Een daarvan is dat atherosclerose een chronische ziekte is, dus drugs worden jarenlang gebruikt, zelfs decennia. Een ontstekingsremmend medicijn dat door het hele lichaam wordt verspreid, zal ook het vermogen van het immuunsysteem om infecties te bestrijden aantasten." Dat kan acceptabel zijn voor aandoeningen die de kwaliteit van leven ernstig beïnvloeden, zoals reumatoïde artritis, maar "het gebruik van deze aanpak om een ​​​​hartaanval te voorkomen die misschien nooit zal gebeuren, is misschien het risico niet waard."

In aanvulling, het is niet genoeg om een ​​ontstekingsremmend medicijn af te geven aan de plaques, zei Columbia associate research scientist Gabrielle Fredman, doctoraat, een van de belangrijkste co-auteurs van de studie. "Atherosclerose is niet alleen een ontsteking; er is ook schade aan de slagaderwand. Als de schade niet wordt hersteld, u kunt hartaanvallen niet voorkomen."

De gerichte nanomedicijnen die in dit huidige onderzoek worden gebruikt, zijn ontwikkeld door onderzoekers van BWH. Na voorlopige proof-of-principle studies aan de Columbia University in ontstekingsmodellen, ze werden verder getest in een klinisch relevant ziektemodel bij muizen en bleken in staat te zijn door de bloedsomloop te manoeuvreren, en het doorkruisen van lekkende gebieden tot aan de binnenkant van de plaques, zoals werd aangetoond door fluorescentiemicroscopie van de plaquelaesies.

Onderzoekers merken op dat naast hun specifieke 'plakkerige' oppervlakken, hun kleine sub-100 nanometer grootte is ook een belangrijke eigenschap die de retentie en accumulatie van deze nanodeeltjes in de plaques vergemakkelijkt. Deze nanodeeltjes zijn 1000 keer kleiner dan de punt van een enkele streng van mensenhaar.

"Deze nanomedicijnen zijn ontwikkeld met behulp van biologisch afbreekbare polymeren die na verloop van tijd in het lichaam kunnen breken met behulp van de natuurlijke mechanismen van het lichaam, en kan worden nano-engineered met behulp van schaalbare chemie en nanotechnologieën, die uiteindelijk hun snelle vertaling naar de kliniek kunnen vergemakkelijken, " zei mede-hoofdauteur Nazila Kamaly, doctoraat, instructeur in het Laboratorium voor Nanogeneeskunde en Biomaterialen bij BWH en HMS.

Onderzoekers waarschuwen dat hoewel plaques bij muizen veel op menselijke plaques lijken, muizen hebben geen hartaanvallen, dus de echte test van de nanodeeltjes komt pas als ze op mensen zijn getest. "In dit onderzoek, we hebben laten zien, Voor de eerste keer, dat een medicijn dat de oplossing van ontsteking en herstel bevordert, een haalbare optie is, wanneer het medicijn via nanodeeltjes rechtstreeks aan plaques wordt afgeleverd, " zei Tabas. Om klaar te zijn voor testen op mensen, het team is van plan de nanodeeltjes te verfijnen om de medicijnafgifte te optimaliseren en ze te verpakken met krachtigere resolutie-inducerende medicijnen. "We denken dat we een nog betere afgifte aan plaques kunnen krijgen en de genezing meer kunnen verbeteren dan met de huidige peptiden, ", hij zei.

Farokzhad en collega's hebben aanzienlijke expertise met de vertaling van nanotechnologieën voor medische toepassingen van bank naar bed, en fundamenteel werk dat gedeeltelijk door zijn team is gedaan, heeft geleid tot de ontwikkeling en voor het eerst in menselijke tests van een gericht nanodeeltje dat in staat is de afgifte van geneesmiddelen voor de behandeling van kankers te beheersen, en de eerste in het testen op mensen van een gericht vaccin met nanodeeltjes dat in staat is een immuunrespons te orkestreren om stoppen met roken en terugvalpreventie te vergemakkelijken.

"De ontsteking die gerichte nanodeeltjes oplost, heeft een opwindend potentieel getoond, niet alleen voor de mogelijke behandeling van atherosclerose zoals hier beschreven, maar ook andere therapeutische gebieden, waaronder wondherstel, bijvoorbeeld, zoals beschreven in het online nummer van 9 februari van Tijdschrift voor klinisch onderzoek , naast andere toepassingen die momenteel lopen met onze medewerkers, " zei Farokzhad. "Ik ben optimistisch dat we met aanvullende diervalidatie ook zullen overwegen om de ontsteking bij mensen te testen om gerichte nanodeeltjes op te lossen voor een groot aantal onvervulde medische behoeften - dit zijn opwindende tijden in de geneeskunde en de toekomst van nanogeneeskunde is ongelooflijk rooskleurig. "