Hoewel bloedstolling belangrijk is om bloedverlies te voorkomen en voor onze immuniteit, kan stolling ook gezondheidsproblemen en zelfs de dood veroorzaken. Momenteel sterft een op de vier mensen wereldwijd aan ziekten en aandoeningen die worden veroorzaakt door bloedstolsels. Ondertussen kunnen anticoagulantia die worden gebruikt om risico's te verminderen, ook aanzienlijke problemen veroorzaken, zoals ongecontroleerde bloedingen.

Nu is een nieuw biomoleculair anticoagulansplatform, uitgevonden door een team onder leiding van UNC Charlotte-onderzoeker Kirill Afonin, veelbelovend als een revolutionaire vooruitgang ten opzichte van de bloedverdunners die momenteel worden gebruikt tijdens operaties en andere procedures. De ontdekkingen van het team worden gerapporteerd in het tijdschrift Nano Letters , voor het eerst online beschikbaar op 5 juli.

"We stellen ons voor dat het gebruik van ons nieuwe anticoagulantia-platform zou zijn tijdens bypassoperaties van de kransslagader, nierdialyse en een verscheidenheid aan vasculaire, chirurgische en coronaire interventies," zei Afonin. "We onderzoeken nu of er mogelijke toekomstige toepassingen zijn met kankerbehandelingen om metastase te voorkomen en ook om te voorzien in de behoeften van malaria, die stollingsproblemen kan veroorzaken."

De paper deelt de meest recente resultaten van drie jaar samenwerking tussen onderzoekers met het Frederick National Laboratory for Cancer Research (Nanotechnology Characterization Laboratory), de Universiteit van São Paulo in Brazilië, de Pennsylvania State University en Uniformed Services University of the Health Sciences.

"Dit alles resulteerde in een enorme internationale en interdisciplinaire inspanning om een ​​volledig nieuwe technologie te ontwikkelen waarvan we denken dat deze een revolutie teweeg kan brengen in het veld en zal worden opgepikt door andere gebieden van gezondheidsonderzoek," zei Afonin.

De technologie van het team verandert in programmeerbare RNA-DNA-anticoagulantvezels die, wanneer ze in de bloedbaan worden geïnjecteerd, zich vormen tot modulaire structuren die communiceren met trombine, de enzymen in bloedplasma die ervoor zorgen dat bloed stolt. De technologie zorgt ervoor dat de structuren bloedstolling voorkomen als dat nodig is, en vervolgens snel door het niersysteem uit het lichaam wordt geëlimineerd zodra het werk is gedaan.

De vezelstructuren gebruiken aptameren, korte DNA- of RNA-sequenties die zijn ontworpen om specifiek trombine te binden en te inactiveren.

"In plaats van een enkel klein molecuul dat trombine deactiveert," zei Afonin, "hebben we nu een relatief grote structuur met honderden aptameren op het oppervlak die aan trombine kunnen binden en ze kunnen deactiveren. En omdat de structuur groter wordt, wordt het zal aanzienlijk langer in de bloedbaan circuleren dan traditionele opties."

De uitgebreide circulatie in de bloedbaan zorgt voor een enkele injectie, in plaats van meerdere doses. Het ontwerp verlaagt ook de concentratie van anticoagulantia in het bloed, wat resulteert in minder stress op de nier- en andere systemen van het lichaam, zei Afonin.

Deze technologie introduceert ook een nieuw "kill-switch"-mechanisme. Een tweede injectie keert de anticoagulerende functie van de vezelstructuur om, waardoor de vezels kunnen worden gemetaboliseerd tot materialen die klein, onschadelijk, inactief zijn en gemakkelijk door het niersysteem worden uitgescheiden.

Het hele proces vindt buiten de cel plaats, via extracellulaire communicatie met het trombine. De onderzoekers merken op dat dit belangrijk is omdat er geen immunologische reacties lijken op te treden, op basis van hun uitgebreide studies.

Het team heeft het platform getest en gevalideerd met behulp van computermodellen, menselijk bloed en verschillende diermodellen. "We hebben proof-of-concept-onderzoeken uitgevoerd met vers verzameld menselijk bloed van donoren in de VS en Brazilië om een ​​mogelijke variabiliteit tussen donoren aan te pakken," zei Afonin.

De technologie kan een basis vormen voor andere biomedische toepassingen die communicatie via de extracellulaire omgeving bij patiënten vereisen, zei hij. "Thrombine is slechts één mogelijke toepassing", zei hij. "Wat je ook extracellulair wilt deactiveren, zonder de cellen binnen te gaan, we denken dat je het kunt. Dat betekent mogelijk dat elk bloedeiwit, elke receptor op het celoppervlak, misschien antilichamen en toxines, mogelijk is."

De techniek maakt het mogelijk om structuren van elke gewenste vorm te ontwerpen, waarbij het kill-schakelaarmechanisme intact blijft. "Door de vorm te veranderen, kunnen we ze in verschillende delen van het lichaam laten gaan, zodat we de verdeling kunnen veranderen," zei Afonin. "Het krijgt een extra laag verfijning van wat het kan doen."

Hoewel de toepassing geavanceerd is, is de productie van de structuren relatief eenvoudig. "De houdbaarheid is verbazingwekkend goed voor deze formuleringen," zei Afonin. "Ze zijn erg stabiel, dus je kunt ze drogen, en we verwachten dat ze jarenlang bij kamertemperatuur zullen blijven, waardoor ze zeer toegankelijk zijn voor economisch achtergestelde gebieden van de wereld."

Hoewel het werk van de onderzoekers tot nu toe relevant is voor kortetermijntoepassingen, zoals in operaties, hopen ze hun onderzoek mogelijk uit te breiden naar onderhoudssituaties, zoals met medicijnen die patiënten met hartaandoeningen nemen.

Het potentieel om levens te redden en de gezondheidszorg te verbeteren is een motivator voor het team, net als het uitvinden van iets nieuws, zei Afonin. "We kunnen leren van de natuur, maar we hebben iets gebouwd dat nog nooit eerder is geïntroduceerd", zei hij. "Dus we ontwikkelen en bouwen al deze platforms de novo - helemaal opnieuw. En dan kunnen we via onze platforms uitleggen wat we willen dat de natuur - of ons lichaam - doet en ons lichaam ons begrijpt."

UNC Charlotte's Office of Research Commercialization and Development werkt nauw samen met Penn State om deze nieuwe technologie te patenteren en op de markt te brengen. + Verder verkennen

Nieuwe testmethode om de immunologische evaluatie van nucleïnezuurnanodeeltjes te standaardiseren