211service.com
Konstgjorda röda blodkroppar för läkemedelsleverans
Sedan 1950-talet har forskare försökt efterlikna röda blodkroppars förmågor. Dessa flexibla skivor transporterar syre genom hela kroppen och klämmer genom de minsta kapillärerna för att göra det. Men de fysiska egenskaperna hos röda blodkroppar, inklusive deras dubbelt konkava form, har gjort dem svåra att kopiera med precision.
Se rött : Tillverkade av biologiskt nedbrytbara och biokompatibla polymerer och proteiner, dessa partiklar har samma storlek, form och flexibilitet som riktiga röda blodkroppar.
I forskning publicerad måndag i Proceedings of the National Academy of Sciences , en grupp som specialiserat sig på läkemedelsleverans har hittat ett sätt att skapa biologiskt nedbrytbara, biokompatibla partiklar med storleken, formen och flexibiliteten hos röda blodkroppar. Gruppen tror att dessa konstgjorda celler kan vara särskilt effektiva inte bara för att transportera syre utan också som terapeutiska och bildgivande medel.
Människor har gjort över tusen olika polymerer av olika storlekar för läkemedelstillförsel. Men om man tittar på dem alla tillsammans representerar de den syntetiska världen; partiklarna är fina och sfäriska, säger Samir Mitragotri , en kemiingenjör vid University of California i Santa Barbara, som ledde det nya arbetet. Om man tittar på den biologiska världen använder naturen alla typer av partiklar för att leverera sina egna varor. Bakterier, celler, virus är alla designade för att utföra mycket specifika leveransfunktioner.
För att skapa de syntetiska cellerna börjar Mitragotri, tillsammans med forskare vid University of Michigan, med sfäriska partiklar gjorda av en vanlig polymer som kallas poly(mjölk- Vad -glykolsyra (PLGA), en förening känd för sina biokompatibla och biologiskt nedbrytbara egenskaper. De utsätter sfärerna för alkohol, vilket får dem att tömmas och kollapsa till den fördjupade formen av en röd blodkropp. Den hårda PLGA-partikeln fungerar som en mögel, runt vilken forskarna kan lägga lager efter lager av proteiner. De tvärbinder proteinerna för att få dem att hålla sig till PLGA och löser sedan upp den stela inre strukturen. Resultatet är ett mjukt, flexibelt proteinskal i storlek och form som en röd blodkropp. Forskarna kan också variera proteinbeläggningarna beroende, till exempel tillsätta hemoglobin, som skulle kunna bära syre.
Hittills har Mitragotri visat att partiklarna är tillräckligt flexibla för att komprimera och strömma genom kapillärstora rör, och kan infunderas med läkemedel i nästan varje steg av processen. Hans grupp har också inkapslat järnoxidnanopartiklar i de syntetiska cellerna, vilket skapar ett potentiellt kontrastmedel för MRI. Man kan föreställa sig att sätta dessa partiklar i blodet och använda dem för att visualisera blodflödet, säger Mitragotri.
Sammantaget har jag aldrig sett något liknande. Både konceptet och tillverkningsmetoderna de utvecklat är väldigt intressanta, säger Ali Khademhosseini , en biomedicinsk ingenjör vid Harvard-MIT Division of Health Sciences and Technology. Det finns en ökande förståelse för hur formen på partiklar är viktig för en mängd olika saker, som hydrodynamiken hos partiklar inuti vätska, eller hur olika biologiska enheter interagerar med dem.
Sådana flexibla, potentiellt långvariga partiklar har stor potential för läkemedelstillförsel. Men Mitragotri har ännu inte tittat för att se om de syntetiska cellerna klarar det svåraste testet: att vara kvar i cirkulationen. Att bevisa att partiklarna finns kvar i blodomloppet och inte leder till en immunattack är ett kritiskt steg som kommer att kräva testning på djur.
Redan 1966 gjorde jag liknande [partiklar] som kan förändras i form och storlek, säger konstgjord blodforskare Thomas chang från McGill University i Quebec, Kanada. Dessa celler, säger han, kunde också pressa sig genom kapillärrör och var ungefär lika stora som röda blodkroppar. Problemet var att även syntetiska celler en åttondel av storleken på vanliga blodkroppar rensades bort från blodet inom 30 sekunder. (På 1970-talet fann forskare att artificiella blodpartiklar fungerar bäst vid 200 nanometer eller mindre–30 gånger mindre än röda blodkroppar.) Det viktigaste är att visa att de finns kvar i cirkulationen, säger Chang.
Även de mest avancerade syntetiska partiklarna rensas ut ur blodet otroligt snabbt. Den längsta cirkulerande nanopartikeln varade i ungefär 24 timmar, så det finns ett behov av att utveckla ett förhållningssätt till något som kan cirkulera i blodomloppet under en lång tidsperiod, säger Jeffrey Karp , en Harvard-MIT-professor i hälsovetenskap och teknologi. Men den nya forskningen kan vara ett stort steg i den riktningen, säger han, om kroppen håller de syntetiska cellerna i cirkulation så länge som två till tre månader, som riktiga röda blodkroppar. Karp säger att de produktionsmetoder som Mitragotri och hans kollegor använde kunde skalas upp utan större svårighet.
Om vi antar att cellerna klarar cirkulationstestet av tid, skulle jag tro att alla som försöker använda ett nanopartikelliknande system för leverans eller för avbildning skulle ha goda skäl att gå med dessa partiklar, säger Daniel Pack , en drogleveransforskare vid University of Illinois i Urbana-Champaign.
Mitragotri säger att nästa steg blir djurförsök. Han vill också undersöka andra sätt att efterlikna naturens leveransmetoder. Vi började med röda blodkroppar, men det finns många andra jag kan tänka mig som kan vara av intresse, som virus och bakterier, säger han. Du har din syntetiska värld på ena sidan och din biologiska värld på den andra, och vi vill överbrygga klyftan så gott vi kan mellan dessa två ytterligheter.