Hartaandoeningen en beroertes zijn de twee dodelijkste ziekten ter wereld, volgens de Wereldgezondheidsorganisatie in 2016 meer dan 15 miljoen doden veroorzaakt. Een belangrijke onderliggende factor in beide wereldwijde gezondheidscrises is de algemene aandoening, atherosclerose, of de opbouw van vetafzettingen, ontsteking en plaque op de wanden van bloedvaten. Op de leeftijd van 40, ongeveer de helft van ons zal deze aandoening hebben, veel zonder symptomen.

Een nieuwe nanodeeltjesinnovatie van onderzoekers van de afdeling Biomedische Technologie van USC Viterbi kan artsen in staat stellen vast te stellen wanneer plaque gevaarlijk wordt door onstabiele calcificaties te detecteren die hartaanvallen en beroertes kunnen veroorzaken.

Het onderzoek - van Ph.D. student Deborah Chin onder toezicht van Eun Ji Chung, de Dr. Karl Jacob Jr. en Karl Jacob III Early-Career Chair, in samenwerking met Gregory Magee, assistent-professor klinische chirurgie van de Keck School of Medicine van USC - werd gepubliceerd in de Royal Society of Chemistry's Journal of Materials Chemistry B .

Wanneer atherosclerose optreedt in kransslagaders, verstoppingen als gevolg van plaque of calcificatie-geïnduceerde breuken kunnen leiden tot een stolsel, het verminderen van de bloedtoevoer naar het hart, wat de oorzaak is van de meeste hartaanvallen. Wanneer de aandoening optreedt in de bloedvaten die naar de hersenen leiden, het kan een beroerte veroorzaken.

"Een slagader hoeft niet voor 80 procent geblokkeerd te zijn om gevaarlijk te zijn. Een slagader met een blokkade van 45% door plaques kan vatbaarder zijn voor scheuren, "Zei Chung. "Alleen omdat het een grote plaquette is, wil nog niet zeggen dat het een onstabiele plaquette is."

Chung zei dat wanneer kleine kalkafzettingen, microcalcificaties genoemd, vorm binnen arteriële plaques, de plaque kan scheurgevoelig worden.

Echter, het identificeren of verkalking van bloedvaten onstabiel is en waarschijnlijk zal scheuren, is bijzonder moeilijk met behulp van traditionele CT- en MRI-scanmethoden, of angiografie, die andere risico's met zich meebrengt.

"Angiografie vereist het gebruik van katheters die invasief zijn en inherente risico's op weefselbeschadiging hebben, " zei Chin, de hoofdauteur. "CT-scans daarentegen, omvatten ioniserende straling die andere schadelijke effecten op weefsel kan veroorzaken."

Chung zei dat de resolutiebeperkingen van traditionele beeldvorming artsen een "vogelperspectief" bieden van grotere verkalking, wat niet per se gevaarlijk hoeft te zijn. "Als de verkalking op de microschaal zit, het kan moeilijker zijn om uit te kiezen, " ze zei.

Het onderzoeksteam ontwikkelde een nanodeeltje, bekend als een micel, die zichzelf hecht en verkalking verlicht om het gemakkelijker te maken om kleinere blokkades die gemakkelijk kunnen scheuren tijdens beeldvorming te zien.

Chin zei dat de micellen zich specifiek kunnen richten op hydroxyapatiet, een unieke vorm van calcium die aanwezig is in slagaders en atherosclerotische plaques.

"Onze micel-nanodeeltjes vertonen minimale toxiciteit voor cellen en weefsel en zijn zeer specifiek voor calcificaties van hydroxyapatiet, "zei Chin. "Dus, dit minimaliseert de onzekerheid bij het identificeren van schadelijke vasculaire calcificaties."

Het team heeft hun nanodeeltje getest op verkalkte cellen in een schaaltje, binnen een muismodel van atherosclerose, evenals het gebruik van door de vaatchirurg verstrekte slagadermonsters van de patiënt, Magee, die hun toepasbaarheid niet alleen in kleine dieren maar ook in menselijke weefsels aantoont.

"In ons geval, we hebben aangetoond dat ons nanodeeltje zich bindt aan verkalking in het meest gebruikte muismodel voor atherosclerose en ook werkt in verkalkt vaatweefsel afkomstig van patiënten, ' zei Chin.

Chung zei dat de volgende stap voor het team was om de miceldeeltjes te gebruiken voor gerichte medicamenteuze therapie om verkalking in slagaders te behandelen, in plaats van alleen als middel om de mogelijke blokkades op te sporen.

"Het idee achter nanodeeltjes en nanogeneeskunde is dat het een drager kan zijn zoals het Amazon-draagsysteem, drugs rechtstreeks naar een specifiek adres of locatie in het lichaam brengen, en niet naar plaatsen waar je niet wilt dat het naartoe gaat, ' zei Chung.

"Hopelijk kan dat leiden tot lagere doseringen, maar hoge werkzaamheid op de plaats van de ziekte zonder de normale cellen en orgaanprocessen te beschadigen, " ze zei.