211service.com
Kunstmatige rode bloedcellen voor medicijnafgifte
Sinds de jaren vijftig proberen onderzoekers de mogelijkheden van rode bloedcellen na te bootsen. Deze flexibele schijven vervoeren zuurstof door het lichaam en persen daarbij door de kleinste haarvaten. Maar door de fysieke kenmerken van rode bloedcellen, inclusief hun dubbel concave vorm, zijn ze moeilijk nauwkeurig te kopiëren.
Rood zien : Gemaakt van biologisch afbreekbare en biocompatibele polymeren en eiwitten, deze deeltjes hebben dezelfde grootte, vorm en flexibiliteit als echte rode bloedcellen.
In onderzoek gepubliceerd maandag in de Proceedings van de National Academy of Sciences , heeft een groep die gespecialiseerd is in het toedienen van medicijnen een manier gevonden om biologisch afbreekbare, biocompatibele deeltjes te maken met de grootte, vorm en flexibiliteit van rode bloedcellen. De groep is van mening dat deze kunstmatige cellen bijzonder effectief kunnen zijn, niet alleen voor het vervoeren van zuurstof, maar ook als therapeutische en beeldvormende middelen.
Mensen hebben meer dan duizend verschillende polymeren van verschillende groottes gemaakt voor medicijnafgifte. Maar als je ze allemaal samen bekijkt, vertegenwoordigen ze de synthetische wereld; de deeltjes zijn mooi bolvormig, zegt Samir Mitragotri , een chemisch ingenieur aan de Universiteit van Californië in Santa Barbara, die het nieuwe werk leidde. Als je naar de biologische wereld kijkt, gebruikt de natuur allerlei deeltjes om haar eigen goederen aan te leveren. Bacteriën, cellen en virussen zijn allemaal ontworpen om zeer specifieke leveringsfuncties uit te voeren.
Om de synthetische cellen te maken, begint Mitragotri, samen met onderzoekers van de Universiteit van Michigan, met bolvormige deeltjes gemaakt van een gewoon polymeer genaamd poly(melkzuur). Wat -glycolzuur (PLGA), een verbinding die bekend staat om zijn biocompatibele en biologisch afbreekbare eigenschappen. Ze stellen de bollen bloot aan ontsmettingsalcohol, waardoor ze leeglopen en instorten in de ingedeukte vorm van een rode bloedcel. Het harde PLGA-deeltje werkt als een schimmel waar de onderzoekers laag na laag eiwitten omheen kunnen zetten. Ze verknopen de eiwitten om ze vast te houden aan de PLGA en lossen vervolgens de starre binnenstructuur op. Het resultaat is een zacht, flexibel eiwitomhulsel ter grootte en vorm van een rode bloedcel. De onderzoekers kunnen de eiwitcoatings ook variëren, bijvoorbeeld door hemoglobine toe te voegen, dat zuurstof zou kunnen vervoeren.
Tot dusverre heeft Mitragotri aangetoond dat de deeltjes flexibel genoeg zijn om samen te drukken en door capillaire buizen te stromen, en dat ze in bijna elke fase van het proces met medicijnen kunnen worden toegediend. Zijn groep heeft ook ijzeroxide-nanodeeltjes in de synthetische cellen ingekapseld, waardoor een potentieel contrastmiddel voor MRI's ontstaat. Je kunt je voorstellen dat je deze deeltjes in het bloed brengt en ze gebruikt om de bloedstroom te visualiseren, zegt Mitragotri.
Over het algemeen heb ik nog nooit zoiets gezien. Zowel het concept als de fabricagemethoden die ze hebben ontwikkeld, zijn erg interessant, zegt Ali Khademhosseini , een biomedisch ingenieur aan de Harvard-MIT Division of Health Sciences and Technology. Er is een toenemende waardering voor hoe de vorm van deeltjes belangrijk is voor verschillende dingen, zoals de hydrodynamica van deeltjes in vloeistof, of hoe verschillende biologische entiteiten ermee omgaan.
Dergelijke flexibele, potentieel langdurige deeltjes hebben een groot potentieel voor medicijnafgifte. Maar Mitragotri heeft nog niet gekeken of de synthetische cellen de zwaarste test kunnen doorstaan: in omloop blijven. Bewijzen dat de deeltjes in de bloedbaan blijven en geen immuunaanval veroorzaken, is een cruciale stap die op dieren moet worden getest.
In 1966 maakte ik soortgelijke [deeltjes] die van vorm en grootte kunnen veranderen, zegt kunstbloedonderzoeker Thomas Chang van de McGill University in Quebec, Canada. Die cellen, zegt hij, konden ook door capillaire buisjes knijpen en waren ongeveer even groot als rode bloedcellen. Het probleem was dat zelfs synthetische cellen die een achtste van de grootte van gewone bloedcellen waren, binnen 30 seconden uit het bloed werden verwijderd. (Tegen de jaren zeventig ontdekten onderzoekers dat kunstmatige bloeddeeltjes het beste werken bij 200 nanometer of minder – 30 keer kleiner dan rode bloedcellen.) Het belangrijkste is om aan te tonen dat ze in omloop blijven, zegt Chang.
Zelfs de meest geavanceerde synthetische deeltjes worden ongelooflijk snel uit het bloed verwijderd. Het langst circulerende nanodeeltje ooit duurde ongeveer 24 uur, dus er is behoefte aan het ontwikkelen van een benadering voor iets dat gedurende lange tijd in de bloedbaan kan circuleren, zegt Jeffrey Karp , een Harvard-MIT-professor in gezondheidswetenschappen en technologie. Maar het nieuwe onderzoek zou een grote stap in die richting kunnen zijn, zegt hij, als het lichaam de synthetische cellen twee tot drie maanden laat circuleren, zoals echte rode bloedcellen. Karp zegt dat de productiemethoden die Mitragotri en zijn collega's gebruikten zonder veel moeite konden worden opgeschaald.
Ervan uitgaande dat de cellen bestand zijn tegen de circulatoire tand des tijds, zou ik denken dat iedereen die een nanodeeltjesachtig systeem probeert te gebruiken voor levering of voor beeldvorming, een goede reden zou hebben om met deze deeltjes mee te gaan, zegt Daniel Pack , een onderzoeker op het gebied van medicijnafgifte aan de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign.
Mitragotri zegt dat de volgende stap dierproeven zal zijn. Hij wil ook kijken naar andere manieren om de bezorgmethoden van de natuur na te bootsen. We zijn begonnen met rode bloedcellen, maar ik kan er nog veel meer bedenken die interessant kunnen zijn, zoals virussen en bacteriën, zegt hij. Aan de ene kant heb je je synthetische wereld en aan de andere je biologische wereld, en we willen de kloof tussen deze twee uitersten zo goed mogelijk overbruggen.