De endotheelcellen die de bloedvaten bekleden, zijn stevig opeengepakt om het bloed binnen te houden en te laten stromen, maar wetenschappers van Rice University en hun collega's hebben ontdekt dat het mogelijk is om selectief gaten in die barrières te openen, net genoeg om grote moleculen door te laten - en ze vervolgens weer te sluiten.

Rijstbio-ingenieur Gang Bao en medewerkers van Emory University en het Georgia Institute of Technology rapporteerden dat ze magneten gebruiken om ijzeroxide-nanodeeltjes te helpen endotheelcellen binnen te dringen, zowel in het laboratorium als in vivo. Vervolgens gebruiken ze dezelfde magneten om vaten tijdelijk "lekkend" te maken.

Door deze permeabiliteit zouden geneesmiddelen met grote moleculen doelweefsels kunnen bereiken, zei Bao. Sterke magneten kunnen mogelijk met nanodeeltjes doordrenkte stamcellen of met medicijnen beladen nanodeeltjes zelf naar gerichte gebieden leiden, zelfs in diepe weefsels zoals organen die de huidige therapieën niet kunnen bereiken, hij zei.

De studie verschijnt vandaag in Natuurcommunicatie .

"Voor veel ziekten systemische afgifte via de bloedstroom is de enige manier om moleculen op de plaats af te leveren, Bao zei. "Kleine moleculen kunnen het bloedvat binnendringen en in de zieke cellen komen, maar grote moleculen zoals eiwitten of met medicijnen beladen nanodeeltjes kunnen het endotheel niet effectief passeren, tenzij het lek is."

Bloedvaten in kankertumoren hebben meestal gaten in de endotheelbarrière, maar ze sluiten niet op verzoek, zoals Bao en zijn team hopen dat te doen.

Samen met medicijnmoleculen, Bao wil magneten gebruiken om met nanodeeltjes doordrenkte stamcellen af ​​te leveren aan gewonde weefsels. "Tenzij je stamcellen rechtstreeks kunt injecteren, laten we zeggen in het hart, je moet systemische bezorging doen en je hebt geen controle over waar ze naartoe gaan.

"Ons oorspronkelijke idee was om magnetische nanodeeltjes in stamcellen af ​​te leveren en vervolgens een magneet te gebruiken om de stamcellen naar een bepaalde locatie te trekken, "zei hij. "Daardoor, we ontdekten ook dat door het aanleggen van een magnetisch veld, we zouden veranderingen in de skeletstructuur van de cel kunnen genereren in termen van de actinefilamentstructuren."

Deze structurele elementen geven cellen hun vorm en helpen aangrenzende cellen stevig verdicht te houden. "We dachten dat als we de cel-celverbinding konden veranderen door magnetische kracht te gebruiken, er was een mogelijkheid dat we de lekkage van het schip konden achterhalen, ' zei Bao.

Het lab creëerde een microfluïdische stroomkamer die het vasculaire systeem nabootste en de buizen bekleedde met echte endotheelcellen. Experimenten bewezen hun hypothese:wanneer een magnetisch veld werd toegepast op de met nanodeeltjes doordrenkte cellen, de gaten openden. Door de kracht te ontspannen, konden de meeste gaten na 12 uur worden gedicht.

Microscopische afbeeldingen toonden aan dat fluorescerende nanodeeltjes gelijkmatig verdeeld waren in het endotheelkanaal wanneer er geen magnetisch veld werd aangelegd. Wanneer het was, de deeltjes herverdeeld, en de kracht die ze uitoefenden vervormde het cytoskelet.

Op sommige afbeeldingen is actinefilamenten die helpen een cel zijn vorm te geven, werden waargenomen in lijn met de kracht. "Het is een behoorlijk dramatische verandering, " zei Bao. "Als je eenmaal de kracht hebt toegepast, voldoende tijd gegeven, de structuur van de cellen verandert. Dat leidt tot het openen van de cel-celovergang."

Bao zei dat de magnetische kracht ook een biologisch signaal genereert dat de cytoskeletstructuur verandert. "Het draagt ​​ook bij aan de lekkage, " zei hij. "We proberen nog steeds te begrijpen wat voor soort signaal we aan cellen geven en hoe de individuele cellen reageren."

Hoewel er methoden zijn om twee soorten transport door de endotheelbarrière te vergemakkelijken - paracellulair (tussen cellen) en transcellulair (door cellen) - heeft geen van beide het vermogen om zich op specifieke delen van het lichaam te richten. Bao zei dat de aanpak van zijn team een ​​oplossing biedt.

Hij zei dat zijn groep deel uitmaakt van een lopend samenwerkingsproject op het gebied van kniereparatie met het laboratorium van Dr. Johnny Huard, een professor in orthopedische chirurgie aan het Health Science Center van de Universiteit van Texas in Houston. "Het probleem is hoe therapeutische stamcellen rond de knie te verzamelen en daar te houden, " zei Bao. "Na het injecteren van de met nanodeeltjes doordrenkte cellen, we willen een reeks magneten rond de knie plaatsen om ze aan te trekken.

"Maar als je het hart of de lever wilt behandelen, je zou een behoorlijk groot apparaat nodig hebben om het vereiste magnetische veld te hebben, ' zei hij. 'Dat hebben we nog niet. Om dit naar een klinische setting te brengen, zal een uitdaging zijn."