Het is een uitdaging voor medische zorgverleners om levensreddende medicijnen op een veilige en effectieve manier rechtstreeks naar de hersenen te brengen. Een belangrijke reden:de bloed-hersenbarrière, die de hersenen beschermt tegen weefselspecifieke medicijnafgifte. Methoden zoals een injectie of een pil zijn niet zo nauwkeurig of onmiddellijk als artsen zouden willen, en om ervoor te zorgen dat ze rechtstreeks naar de hersenen worden afgeleverd, is vaak invasieve, risicovolle technieken.

Een team van ingenieurs van de Washington University in St. Louis heeft een nieuwe afleveringsmethode voor het genereren van nanodeeltjes ontwikkeld die op een dag de afgifte van medicijnen aan de hersenen enorm zou kunnen verbeteren. waardoor het zo simpel is als een snuifje.

"Dit zou een neusspray met nanodeeltjes zijn, en het toedieningssysteem zou het mogelijk kunnen maken dat een therapeutische dosis geneesmiddel de hersenen binnen 30 minuten tot een uur bereikt, " zei Ramesh Raliya, onderzoeker aan de School of Engineering &Applied Science.

"De bloed-hersenbarrière beschermt de hersenen tegen vreemde stoffen in het bloed die de hersenen kunnen beschadigen, " zei Raliya. "Maar als we daar iets moeten afleveren, door die barrière heen komen is moeilijk en invasief. Onze niet-invasieve techniek kan medicijnen afleveren via nanodeeltjes, dus er is minder risico en betere responstijden."

De nieuwe benadering is gebaseerd op aërosolwetenschap en technische principes die de generatie van monodisperse nanodeeltjes mogelijk maken, die zich via diffusie op de bovenste regionen van de neusholte kunnen afzetten. Werken met assistent-vice-kanselier Pratim Biswas, voorzitter van de afdeling Energie, Environmental &Chemical Engineering en de Lucy &Stanley Lopata Professor, Raliya ontwikkelde een aerosol bestaande uit gouden nanodeeltjes van gecontroleerde grootte, vorm en oppervlaktelading. De nanodeeltjes werden getagd met fluorescerende markers, waardoor de onderzoekers hun beweging kunnen volgen.

Volgende, Raliya en postdoctoraal biomedisch ingenieur Debajit Saha stelden de antennes van sprinkhanen bloot aan de aerosol, en observeerde dat de nanodeeltjes van de antennes omhoog door de reukzenuwen reizen. Door hun kleine formaat, de nanodeeltjes gingen door de hersen-bloedbarrière, het bereiken van de hersenen en het in een kwestie van minuten doordrenken.

Het team testte het concept in sprinkhanen omdat de bloed-hersenbarrières in de insecten en mensen anatomische overeenkomsten hebben, en de onderzoekers beschouwen het gaan door de neusregio's naar neurale paden als de optimale manier om toegang te krijgen tot de hersenen.

"De kortste en misschien wel de gemakkelijkste weg naar de hersenen is door je neus, " zei Barani Raman, universitair hoofddocent biomedische technologie. "Jouw neus, de bulbus olfactorius en dan de olfactorische cortex:twee relais en je hebt de cortex bereikt. Hetzelfde geldt voor de olfactorische circuits van ongewervelde dieren, hoewel dit laatste een relatief eenvoudiger systeem is, met supraesofageale ganglion in plaats van een bulbus olfactorius en cortex."

Om te bepalen of de vreemde nanodeeltjes de normale hersenfunctie verstoorden, Saha onderzocht de fysiologische respons van olfactorische neuronen in de sprinkhanen voor en na de levering van nanodeeltjes. Enkele uren na de opname van nanodeeltjes, er werd geen merkbare verandering in de elektrofysiologische reacties gedetecteerd.

"Dit is slechts het begin van een reeks coole onderzoeken die kunnen worden uitgevoerd om op nanodeeltjes gebaseerde benaderingen voor het toedienen van medicijnen principiëler te maken, ' zei Raman.

De volgende fase van het onderzoek omvat het samensmelten van de gouden nanodeeltjes met verschillende medicijnen, en het gebruik van echografie om een ​​preciezere dosis te richten op specifieke delen van de hersenen, wat vooral gunstig zou zijn in gevallen van hersentumoren.

"We willen de levering van medicijnen in de hersenen met behulp van deze niet-invasieve benadering, " zei Raliya. "In het geval van een hersentumor, we hopen gerichte echografie te gebruiken, zodat we de deeltjes kunnen begeleiden om op dat specifieke punt te verzamelen."