Nanodeeltjes vermomd als menselijke bloedplaatjes zouden de genezende kracht van medicamenteuze behandelingen voor hart- en vaatziekten en systemische bacteriële infecties aanzienlijk kunnen verbeteren. Deze bloedplaatjes-nabootsende nanodeeltjes, ontwikkeld door ingenieurs van de Universiteit van Californië, San Diego, zijn in staat om medicijnen af ​​te leveren op gerichte plaatsen in het lichaam, met name beschadigde bloedvaten, evenals organen die zijn geïnfecteerd door schadelijke bacteriën. Ingenieurs toonden aan dat door de medicijnen alleen te leveren aan de gebieden waar de medicijnen nodig waren, deze nabootsers van bloedplaatjes verhoogden de therapeutische effecten van geneesmiddelen die aan zieke ratten en muizen werden toegediend aanzienlijk.

Het onderzoek, geleid door nano-ingenieurs aan de UC San Diego Jacobs School of Engineering, werd online gepubliceerd op 16 september in Natuur .

"Dit werk gaat in op een grote uitdaging op het gebied van nanogeneeskunde:gerichte medicijnafgifte met nanodeeltjes, " zei Liangfang Zhang, een professor in nano-engineering aan UC San Diego en de senior auteur van de studie. "Vanwege hun doelgerichtheid, bloedplaatjes-nabootsende nanodeeltjes kunnen direct een veel hogere dosis medicatie geven, specifiek aan zieke gebieden zonder het hele lichaam te verzadigen met medicijnen."

De studie is een uitstekend voorbeeld van het gebruik van technische principes en technologie om "precisiegeneeskunde, " zei Shu Chien, een professor in bio-engineering en geneeskunde, directeur van het Institute of Engineering in Medicine aan de UC San Diego, en een corresponderende auteur over de studie. "Hoewel deze 'proof of principle'-studie de specifieke levering van therapeutische middelen aantoont voor de behandeling van hart- en vaatziekten en bacteriële infecties, het heeft ook brede implicaties voor gerichte therapie voor andere ziekten zoals kanker en neurologische aandoeningen, ' zei Chien.

De ins en outs van de bloedplaatjes-copycats

Aan de buitenkant, bloedplaatjes-nabootsende nanodeeltjes zijn gehuld in menselijke bloedplaatjesmembranen, waardoor de nanodeeltjes door de bloedbaan kunnen circuleren zonder te worden aangevallen door het immuunsysteem. De coating van het bloedplaatjesmembraan heeft nog een ander gunstig kenmerk:het bindt zich bij voorkeur aan beschadigde bloedvaten en bepaalde pathogenen zoals MRSA-bacteriën, waardoor de nanodeeltjes hun medicijnladingen specifiek op deze plaatsen in het lichaam kunnen afleveren en vrijgeven.

Ingesloten in de bloedplaatjesmembranen zijn nanodeeltjeskernen gemaakt van een biologisch afbreekbaar polymeer dat veilig door het lichaam kan worden gemetaboliseerd. De nanodeeltjes kunnen worden verpakt met veel kleine medicijnmoleculen die uit de polymeerkern en door het bloedplaatjesmembraan op hun doelen diffunderen.

Om de met bloedplaatjes beklede nanodeeltjes te maken, ingenieurs scheidden eerst bloedplaatjes van volbloedmonsters met behulp van een centrifuge. De bloedplaatjes werden vervolgens verwerkt om de bloedplaatjesmembranen van de bloedplaatjescellen te isoleren. Volgende, de bloedplaatjesmembranen werden opgebroken in veel kleinere stukjes en versmolten met het oppervlak van nanodeeltjeskernen. De resulterende met bloedplaatjes gecoate nanodeeltjes hebben een diameter van ongeveer 100 nanometer, dat is duizend keer dunner dan een gemiddeld vel papier.

Deze verhultechnologie is gebaseerd op de strategie die de onderzoeksgroep van Zhang had ontwikkeld om nanodeeltjes in rode bloedcelmembranen te verhullen. De onderzoekers toonden eerder aan dat nanodeeltjes vermomd als rode bloedcellen in staat zijn om gevaarlijke porievormende gifstoffen te verwijderen die door MRSA worden geproduceerd. giftige slangenbeten en bijensteken uit de bloedbaan.

Door gebruik te maken van lichaamseigen bloedplaatjesmembranen, de onderzoekers waren in staat om nabootsingen van bloedplaatjes te produceren die de volledige set oppervlaktereceptoren bevatten, antigenen en eiwitten die van nature aanwezig zijn op bloedplaatjesmembranen. Dit in tegenstelling tot andere inspanningen, die bloedplaatjes nabootsen die een of twee oppervlakte-eiwitten van het bloedplaatjesmembraan repliceren.

"Onze techniek maakt gebruik van de unieke natuurlijke eigenschappen van menselijke bloedplaatjesmembranen, die een natuurlijke voorkeur hebben om zich te binden aan bepaalde weefsels en organismen in het lichaam, "zei Zhang. Deze gerichtheid, die rode bloedcelmembranen niet hebben, maakt bloedplaatjesmembranen uiterst nuttig voor gerichte medicijnafgifte, aldus onderzoekers.

Bloedplaatjes-copycats aan het werk

In een deel van dit onderzoek, onderzoekers pakten plaatjes-nabootsende nanodeeltjes in met docetaxel, een medicijn dat wordt gebruikt om de vorming van littekenweefsel in het slijmvlies van beschadigde bloedvaten te voorkomen, en diende ze toe aan ratten die last hadden van gewonde slagaders. Onderzoekers merkten op dat de docetaxel-bevattende nanodeeltjes zich selectief verzamelden op de beschadigde plaatsen van slagaders en ze genazen.

Wanneer verpakt met een kleine dosis antibiotica, bloedplaatjes-nabootsende nanodeeltjes kunnen ook bacteriële infecties die in de bloedbaan zijn terechtgekomen en zich naar verschillende organen in het lichaam verspreiden, sterk verminderen. Onderzoekers injecteerden nanodeeltjes die slechts een zesde van de klinische dosis van het antibioticum vancomycine bevatten in een groep muizen die systemisch geïnfecteerd waren met MRSA-bacteriën. De organen van deze muizen eindigden met bacterietellingen die tot duizend keer lager waren dan die van muizen die werden behandeld met de klinische dosis vancomycine alleen.

"Onze nanodeeltjes die bloedplaatjes nabootsen, kunnen de therapeutische werkzaamheid van antibiotica vergroten, omdat ze de behandeling lokaal op de bacteriën kunnen richten zonder medicijnen te verspreiden naar gezonde weefsels en organen door de rest van het lichaam, " zei Zhang. "We hopen bloedplaatjes-nabootsende nanodeeltjes te ontwikkelen tot nieuwe behandelingen voor systemische bacteriële infecties en hart- en vaatziekten."