Sztuczne czerwone krwinki do dostarczania leków

Od lat pięćdziesiątych naukowcy próbują naśladować zdolności czerwonych krwinek. Te elastyczne dyski przenoszą tlen w całym ciele, przeciskając w tym celu najmniejsze naczynia włosowate. Jednak fizyczne cechy czerwonych krwinek, w tym ich podwójnie wklęsły kształt, utrudniają ich precyzyjne kopiowanie.

Widząc czerwony : Wykonane z biodegradowalnych i biokompatybilnych polimerów i białek, cząstki te mają ten sam rozmiar, kształt i elastyczność co prawdziwe krwinki czerwone.

W badaniach opublikowanych w poniedziałek w Materiały Narodowej Akademii Nauk , grupa specjalizująca się w dostarczaniu leków znalazła sposób na stworzenie biodegradowalnych, biokompatybilnych cząstek o rozmiarze, kształcie i elastyczności czerwonych krwinek. Grupa jest przekonana, że ​​te sztuczne komórki mogą być szczególnie skuteczne nie tylko w przenoszeniu tlenu, ale także jako środki terapeutyczne i obrazujące.

Ludzie wyprodukowali ponad tysiąc różnych polimerów o różnych rozmiarach do dostarczania leków. Ale jeśli spojrzysz na nie wszystkie razem, reprezentują świat syntetyczny; cząstki są ładne i kuliste, mówi Samir Mitragotri , inżynier chemik na Uniwersytecie Kalifornijskim w Santa Barbara, który kierował nową pracą. Jeśli spojrzysz na świat biologiczny, natura wykorzystuje wszelkiego rodzaju cząstki do dostarczania własnych dóbr. Bakterie, komórki, wirusy są zaprojektowane do wykonywania bardzo specyficznych funkcji dostarczania.

Aby stworzyć syntetyczne komórki, Mitragotri, wraz z naukowcami z University of Michigan, zaczęli od kulistych cząstek wykonanych ze zwykłego polimeru zwanego poli(mlekowo- co -kwas glikolowy (PLGA), związek znany ze swoich właściwości biokompatybilnych i biodegradowalnych. Narażają kulki na działanie alkoholu, który powoduje ich opróżnianie i zapadanie się w wgłębienie w kształcie krwinek czerwonych. Twarda cząsteczka PLGA działa jak pleśń, wokół której naukowcy mogą osadzać kolejne warstwy białek. Sieciują białka, aby przylgnęły do ​​PLGA, a następnie rozpuszczają sztywną strukturę wewnętrzną. Rezultatem jest miękka, elastyczna otoczka białkowa o wielkości i kształcie czerwonej krwinki. Naukowcy mogą również zmieniać powłoki białkowe w zależności od dodawania na przykład hemoglobiny, która może przenosić tlen.

Jak dotąd Mitragotri wykazał, że cząstki są wystarczająco elastyczne, aby ściskać się i przepływać przez rurki o rozmiarach kapilar i można je podawać w infuzji z lekami na prawie każdym etapie procesu. Jego grupa zakapsułkowała również nanocząsteczki tlenku żelaza w komórkach syntetycznych, tworząc potencjalny środek kontrastowy do rezonansu magnetycznego. Można sobie wyobrazić wprowadzenie tych cząsteczek do krwi i użycie ich do wizualizacji przepływu krwi, mówi Mitragotri.

Ogólnie rzecz biorąc, nigdy czegoś takiego nie widziałem. Zarówno koncepcja, jak i opracowane przez nich metody wytwarzania są bardzo interesujące – mówi Ali Khademhosseini , inżynier biomedyczny z Wydziału Nauk o Zdrowiu i Technologii Harvard-MIT. Coraz bardziej docenia się, jak kształt cząstek jest ważny dla wielu różnych rzeczy, takich jak hydrodynamika cząstek w płynie lub jak różne jednostki biologiczne z nimi oddziałują.

Takie elastyczne, potencjalnie trwałe cząstki mają ogromny potencjał dostarczania leków. Ale Mitragotri jeszcze nie sprawdził, czy syntetyczne komórki wytrzymają najtrudniejszy test: pozostania w obiegu. Udowodnienie, że cząsteczki pozostają w krwiobiegu i nie wywołują ataku immunologicznego, jest krytycznym krokiem, który będzie wymagał testowania na zwierzętach.

W 1966 roku zrobiłem podobne [cząstki], które mogą zmieniać kształt i rozmiar, mówi badacz sztucznej krwi Tomasz chang z McGill University w Quebecu w Kanadzie. Te komórki, jak mówi, mogły również przeciskać się przez rurki kapilarne i były mniej więcej tej samej wielkości co krwinki czerwone. Problem polegał na tym, że nawet syntetyczne komórki jednej ósmej wielkości zwykłych krwinek zostały usunięte z krwi w ciągu 30 sekund. (W latach siedemdziesiątych naukowcy odkryli, że sztuczne cząstki krwi działają najlepiej przy 200 nanometrach lub mniej – 30 razy mniejszych niż czerwone krwinki). Najważniejsze jest wykazanie, że pozostają w krążeniu, mówi Chang.

Nawet najbardziej zaawansowane syntetyczne cząsteczki są niezwykle szybko usuwane z krwi. Najdłużej krążąca nanocząsteczka w historii trwała około 24 godzin, więc istnieje potrzeba opracowania podejścia do czegoś, co może krążyć w krwiobiegu przez długi czas, mówi Jeffrey Karp , profesor Harvard-MIT nauk o zdrowiu i technologii. Ale nowe badania mogą być dużym krokiem w tym kierunku, mówi, jeśli organizm utrzymuje krążenie syntetycznych komórek nawet przez dwa do trzech miesięcy, tak jak prawdziwe czerwone krwinki. Karp mówi, że metody produkcji, których używał Mitragotri i jego koledzy, można było bez większych trudności rozszerzyć.

Zakładając, że komórki wytrzymują krążeniowy test czasu, myślę, że każdy, kto próbuje zastosować system podobny do nanocząstek do dostarczania lub obrazowania, miałby dobry powód, aby zastosować te cząstki, mówi Pakiet Daniela , badacz dostarczający leki na Uniwersytecie Illinois w Urbana-Champaign.

Mitragotri mówi, że następnym krokiem będą testy na zwierzętach. Chce także przyjrzeć się innym sposobom naśladowania metod dostarczania natury. Zaczęliśmy od czerwonych krwinek, ale myślę, że jest wiele innych, które mogą być interesujące, jak wirusy i bakterie, mówi. Macie swój syntetyczny świat po jednej stronie, a świat biologiczny po drugiej, i chcemy jak najlepiej wypełnić lukę między tymi dwoma skrajnościami.

ukryć