Traumatische verwondingen zijn de belangrijkste doodsoorzaak in de VS onder mensen van 45 jaar en jonger, en dergelijke verwondingen zijn verantwoordelijk voor meer dan 3 miljoen doden per jaar wereldwijd. Om het dodental van dergelijke verwondingen te verminderen, werken veel onderzoekers aan injecteerbare nanodeeltjes die zich kunnen nestelen op de plaats van een inwendig letsel en cellen aantrekken die helpen het bloeden te stoppen totdat de patiënt een ziekenhuis kan bereiken voor verdere behandeling.

Hoewel sommige van deze deeltjes veelbelovend zijn gebleken in dierstudies, is er nog geen enkele getest bij menselijke patiënten. Een reden daarvoor is een gebrek aan informatie over het werkingsmechanisme en de mogelijke veiligheid van dergelijke deeltjes. Om meer licht op die factoren te werpen, hebben de chemische ingenieurs van het MIT nu de eerste systematische studie uitgevoerd naar hoe polymeren nanodeeltjes van verschillende grootte in het lichaam circuleren en interageren met bloedplaatjes, de cellen die de bloedstolling bevorderen.

In een onderzoek bij ratten toonden de onderzoekers aan dat deeltjes met een gemiddelde grootte, ongeveer 150 nanometer in diameter, het meest effectief waren in het stoppen van bloedingen. Deze deeltjes hadden ook veel minder kans om naar de longen of andere off-target locaties te reizen, wat grotere deeltjes vaak doen.

"Met nanosystemen is er altijd wat ophoping in de lever en de milt, maar we zouden graag zien dat er meer van het actieve systeem bij de wond ophoopt dan bij deze filtratieplaatsen in het lichaam", zegt Paula Hammond, een professor aan het MIT Institute. , hoofd van de afdeling Chemische Technologie, en lid van MIT's Koch Institute for Integrative Cancer Research.

Hammond; Bradley Olsen, de Alexander en I. Michael Kasser hoogleraar chemische technologie; en George Velmahos, hoogleraar chirurgie aan de Harvard Medical School en hoofd van trauma, spoedeisende chirurgie en chirurgische kritieke zorg in het Massachusetts General Hospital, zijn de hoofdauteurs van het onderzoek.

MIT-afgestudeerde student Celestine Hong is de hoofdauteur van het artikel, dat verschijnt in het tijdschrift ACS Nano .

Maateffecten

Nanodeeltjes die het bloeden kunnen stoppen, ook wel hemostatische nanodeeltjes genoemd, kunnen op verschillende manieren worden gemaakt. Een van de meest gebruikte strategieën is om nanodeeltjes te maken die zijn gemaakt van een biocompatibel polymeer dat is geconjugeerd met een eiwit of peptide dat bloedplaatjes aantrekt, de bloedcellen die de bloedstolling in gang zetten.

In deze studie gebruikten de onderzoekers een polymeer dat bekend staat als PEG-PLGA, geconjugeerd met een peptide genaamd GRGDS, om hun deeltjes te maken. De meeste eerdere onderzoeken naar polymere deeltjes om het bloeden te stoppen, waren gericht op deeltjes variërend in grootte van 300 tot 500 nanometer. Er zijn echter weinig of geen studies die systematisch hebben geanalyseerd hoe grootte de functie van de nanodeeltjes beïnvloedt.

"We probeerden echt te kijken hoe de grootte van het nanodeeltje de interactie met de wond beïnvloedt, een gebied dat nog niet eerder is onderzocht met de polymere nanodeeltjes die eerder als hemostaten werden gebruikt", zegt Hong.

Studies bij dieren hebben aangetoond dat grotere nanodeeltjes kunnen helpen om het bloeden te stoppen, maar die deeltjes hebben ook de neiging zich op te hopen in de longen, wat daar ongewenste stolling kan veroorzaken. In de nieuwe studie analyseerde het MIT-team een ​​reeks nanodeeltjes, waaronder kleine (minder dan 100 nanometer), tussenliggende (140 tot 220 nanometer) en grote (500 tot 650 nanometer).

Eerst analyseerden ze de deeltjes in het laboratorium om te bestuderen hoe ze onder verschillende omstandigheden interageren met actieve bloedplaatjes. Een van hun tests mat hoe goed de deeltjes aan bloedplaatjes bonden terwijl de bloedplaatjes door een buis stroomden. In deze test resulteerden de kleinste nanodeeltjes in het grootste percentage gebonden bloedplaatjes. In een andere test maten ze hoe goed nanodeeltjes konden blijven kleven aan een oppervlak dat bedekt was met bloedplaatjes. In dit scenario zaten de grootste nanodeeltjes het beste vast.

Vervolgens stelden de onderzoekers een iets andere vraag en analyseerden hoeveel van de massa die aan het oppervlak kleefde nanodeeltjes was en hoeveel bloedplaatjes, omdat het uiteindelijke doel is om zoveel mogelijk bloedplaatjes aan te trekken. Met behulp van die benchmark ontdekten ze dat de tussendeeltjes het meest effectief waren.

"Als je een hoop nanodeeltjes aantrekt en ze uiteindelijk de bloedplaatjesbinding blokkeren omdat ze aan elkaar klonteren, is dat niet erg handig. We willen dat er bloedplaatjes binnenkomen", zegt Hong. "Toen we dat experiment deden, ontdekten we dat de tussenliggende deeltjesgrootte degene was die eindigde met het grootste aantal bloedplaatjes."

Het bloeden stoppen

De onderzoekers testten vervolgens de drie grootteklassen van nanodeeltjes bij muizen. Eerst injecteerden ze de deeltjes in gezonde muizen om te bestuderen hoe lang ze in het lichaam zouden circuleren en waar ze zich zouden ophopen. Ze ontdekten dat, zoals gezien in eerdere studies, de grootste deeltjes zich eerder ophoopten in de longen of andere off-target locaties, en dat hun circulatietijd korter was.

In samenwerking met hun medewerkers bij MGH, gebruikten de onderzoekers vervolgens een rattenmodel van inwendig letsel om te bestuderen welke deeltjes het meest effectief zouden zijn bij het stoppen van bloedingen. Ze ontdekten dat de deeltjes van gemiddelde grootte het beste leken te werken, en dat die deeltjes ook de grootste accumulatiesnelheid op de wond vertoonden.

"Deze studie suggereert dat de grotere nanodeeltjes niet noodzakelijk het systeem zijn waarop we ons willen concentreren, en ik denk dat dat niet duidelijk was uit het vorige werk. Onze aandacht kunnen richten op dit middelgrote bereik kan een aantal nieuwe deuren openen ', zegt Hammond.

De onderzoekers hopen deze deeltjes van gemiddelde grootte nu te testen in grotere diermodellen, om meer informatie te krijgen over hun veiligheid en de meest effectieve doses. Ze hopen dat dergelijke deeltjes uiteindelijk kunnen worden gebruikt als eerstelijnsbehandeling om het bloeden van traumatische verwondingen lang genoeg te stoppen zodat een patiënt het ziekenhuis kan bereiken.

"Deze deeltjes zijn bedoeld om vermijdbare sterfgevallen aan te pakken. Ze zijn geen wondermiddel voor inwendige bloedingen, maar ze zijn bedoeld om een ​​persoon een paar extra uren te geven totdat ze naar een ziekenhuis kunnen gaan waar ze een adequate behandeling kunnen krijgen." zegt Hong. + Verder verkennen

Onderzoekers ontwikkelen de volgende generatie kunstmatige bloedplaatjes die bloedingen van een blessure sneller kunnen stoppen

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.