Nanodeeltjes worden actief gebruikt in de geneeskunde als contrastmiddel en voor diagnose en therapie van verschillende ziekten. Echter, de ontwikkeling van nieuwe multifunctionele nanoagentia wordt belemmerd door de moeilijkheid om hun bloedcirculatie te controleren. Onderzoeken van het Moskouse Instituut voor Natuurkunde en Technologie, het Shemyakin-Ovchinnikov Instituut voor Bioorganische Chemie van RAS, Moskou Engineering Physics Institute, Prokhorov Algemeen Natuurkundig Instituut van RAS, en Sirius University hebben een nieuwe niet-invasieve methode ontwikkeld voor het meten van nanodeeltjes in de bloedbaan met een hoge tijdsresolutie. Deze techniek heeft de basisparameters onthuld die de levensduur van deeltjes in de bloedbaan beïnvloeden, die mogelijk kunnen leiden tot de ontdekking van nieuwe, effectievere nanoagentia voor gebruik in de biogeneeskunde. De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in de Tijdschrift voor gecontroleerde afgifte .

Klinische toepassingen van nanodeeltjes (NP) vereisen een nauwkeurige analyse van hun gedrag in vivo, in het bijzonder de duur dat de NP in de bloedbaan blijft. Het is de parameter die bepaalt of er voldoende tijd is voor de NP om zich door het lichaam te verspreiden, hun therapeutisch doel bereiken (bijv. een tumor), en eraan binden. Alternatief, de te lange circulatietijd kan leiden tot ophoping van de deeltjes in gezonde weefsels, waardoor hun neventoxiciteit toeneemt.

NP-circulatie in de bloedbaan wordt meestal bestudeerd door bloedmonsters te nemen en het gehalte aan nanoagentia te meten. "Het probleem van dergelijke technieken is dat deeltjes vaak binnen enkele minuten uit de bloedbaan worden verwijderd, zodat de onderzoeker maar twee of drie bloedmonsters kan nemen, die onvoldoende is voor de analyse, " becommentarieerde studie co-auteur Maxim Nikitin, die aan het hoofd staat van het Nanobiotechnology Lab bij MIPT.

Afgezien daarvan, herhaalde bloedafname is belastend voor het organisme en kan indirect de circulatie van deeltjes beïnvloeden. De nieuwe niet-invasieve methoden voor het monitoren van deeltjesactiviteit in vivo zijn daarom cruciaal voor de ontwikkeling van nanogeneeskunde.

De onderzoekers gebruikten de door hen ontwikkelde magnetische deeltjeskwantificatie (MPQ) -methode om niet-invasieve metingen van de kinetiek van bloeddeeltjes te doen. Muizen- of konijnenstaarten werden in de detectiespoel van de MPQ-lezer geplaatst, toen werden de dieren geïnjecteerd met de nanodeeltjes, en de NP-concentratie in hun staartaders en -slagaders werd in realtime gevolgd. Deze technologie kan ook bij mensen worden gebruikt, e. G., via handen of vingertoppen die in de detectiespoel worden geplaatst.

De nieuwe methode biedt een niet-invasieve manier om unieke informatie over deeltjeskinetiek te verkrijgen die ook eenvoudiger is dan de traditionele benaderingen. Het maakt verder onderzoek mogelijk naar wat het gedrag van deeltjes in de bloedbaan van de dieren zou kunnen beïnvloeden.

De onderzoekers onderzochten drie groepen factoren, waaronder de fysisch-chemische eigenschappen van de deeltjes, de bijzonderheden van hun administratie, en de toestand van het lichaam van het dier. De kleinere negatief geladen NP die in hogere doses werd geïnjecteerd, bleef langer in de bloedbaan. Het is ook gebleken dat als deeltjes herhaaldelijk in het bloed worden geïnjecteerd, de circulatie van volgende deeltjesdoses wordt aanzienlijk verlengd.

"Er zijn vergelijkbare gevallen in de klinische praktijk wanneer een patiënt eerst wordt geïnjecteerd met nanodeeltjes MRI-contrastmiddelen (magnetische deeltjes) en vervolgens met de therapeutische NP zoals liposomen die medicijnen dragen. We hebben aangetoond dat deeltjes elkaar kunnen beïnvloeden, die de behandeling kunnen beïnvloeden, " zei de auteur van de studie, Ivan Zelepoekin, een onderzoeker aan de Russian Academy of Sciences Institute of Bioorganic Chemistry en MIPT.

Wat een van de belangrijkste aspecten leek te zijn, was de toestand van het NP-geïnjecteerde organisme. Bijvoorbeeld, de deeltjescirculatie kan aanzienlijk variëren tussen muizen van verschillende genetische stammen. Opmerkelijk, dit verschil was alleen duidelijk voor kleine deeltjes van 50 nanometer, maar niet voor grotere nanoagentia. Daarnaast, als het dier een grote tumor had, kleine NP werden sneller uit het bloed geëlimineerd; hoe groter de kankertumor was, hoe minder tijd de bloedzuivering in beslag nam.

De onderzoekers gaan ervan uit dat dit verband kan houden met dynamische veranderingen in het immuunsysteem en het toegenomen vermogen om vreemde stoffen te herkennen als reactie op pathologie. Deze bevindingen vestigen de aandacht op het belang van het overwegen van de impact van de toestand van het organisme op de effectiviteit van nanodeeltjes bij het ontwerpen van de optimale nanodrugs - een aspect dat traditioneel is genegeerd.

"Dit is de eerste keer dat zo'n uitgebreide studie van NP met een extreem hoge klaringssnelheid is uitgevoerd. Het zou onmogelijk zijn geweest zonder de methodologie die wordt ontwikkeld aan het General Physics Institute of RAS. De MPQ-techniek combineert hoge gevoeligheid, hoge tijd resolutie, en kwantitatieve nauwkeurigheid. Afgezien daarvan, het is niet-invasief en maakt detectie van NP-inhoud bijna in realtime mogelijk, " zei Petr Nikitin, een co-auteur van de studie en het hoofd van het Biophotonics Lab aan het General Physics Institute of RAS.

"Onze methode stelde ons in staat om nieuwe circulatiepatronen te detecteren en een grote hoeveelheid waardevolle informatie te verkrijgen. we hebben ontdekt dat dieren een verschillende deeltjesdynamiek hadden, afhankelijk van hun immuunstatus, aanwezigheid van tumoren, enz. Ondertussen, de geavanceerde methodologie vereiste veel minder dieren voor de studie. Dit is niet alleen essentieel in termen van tijd en geld, maar ook de ethiek van de behandeling van dieren in overeenstemming met het principe van de 3 V's (vervanging, Vermindering en verfijning). We assume that a deeper understanding of the underlying mechanisms may considerably facilitate the rational design of nanomaterials with advanced surface functionality and superior pharmacokinetics for the next generation diagnostics and therapeutics."