211service.com
Wat gebeurt er als je nanodeeltjes inademt?
Wetenschappers hebben voor het eerst de stroom nanodeeltjes van de longen naar de bloedbaan gevolgd. Het werk kan leiden tot de ontwikkeling van nieuwe medicijnen en onderzoekers helpen begrijpen hoe vervuiling ademhalingsproblemen kan veroorzaken.
Licht reizen: Onderzoekers hebben de beweging van nanodeeltjes van de longen (het groene gebied aan de linkerkant) van een rat naar de lymfeklieren (het groene gebied in het midden) en de rest van het lichaam gevolgd.
Onderzoekers van het Beth Israel Deaconess Medical Center en de Harvard School of Public Health injecteerden fluorescerende nanodeeltjes in de longen van ratten en gebruikten nabij-infraroodbeelden om te kijken hoe de deeltjes door hun lichaam bewogen. De onderzoekers volgden hoe ver - en hoe snel - nanodeeltjes van verschillende grootte, vorm en oppervlaktelading konden reizen nadat ze waren geïnjecteerd. Ze ontdekten dat nanodeeltjes met een diameter van zes tot 34 nanometer in staat waren voorbij de afweer van de longen te komen om de lymfeklieren en de bloedbaan te bereiken. Deze bevinding kan waardevolle richtlijnen bieden voor het ontwerpen van op nanodeeltjes gebaseerde medicijnen.
De minuscule grootte van nanodeeltjes maakt ze potentieel nuttig voor het afleveren van medicijnen. Een medicijn moet door weefselbarrières heen komen en de aanvallende immuuncellen van het lichaam afweren om zijn therapeutische lading te leveren voordat het het lichaam verlaat om een toxische reactie te voorkomen. Wetenschappers manipuleren de grootte, vorm en andere kenmerken van nanodeeltjes om de juiste combinatie te vinden die ze effectief door het lichaam zal vervoeren.
Er is een leercurve die we allemaal doormaken, zegt Steven Brody , universitair hoofddocent geneeskunde aan de Washington University School of Medicine. Wanneer we beginnen met het ontwerpen van nanodeeltjes als voertuigen voor het afleveren van medicijnen, moeten we beginnen te begrijpen wat de regels zijn. Dit begint ons enkele regels te geven.
Akira Tsuda , hoofdonderzoeker aan de Harvard School of Public Health, zegt dat de longen een goed toegangspunt kunnen zijn voor medicijnen: ze hebben een groot, dun oppervlak waardoor medicijnen de rest van het lichaam kunnen binnendringen. Maar de longen hebben ook krachtige verdedigingsmechanismen, met immuuncellen die constant op patrouille zijn, op zoek naar vreemde moleculen om te vernietigen. Tot nu toe was het onduidelijk wat precies het mechanisme is dat ervoor zorgt dat sommige deeltjes door de longen gaan, terwijl andere worden opgevangen en vernietigd. Als u dat begrijpt, kan dit onderzoekers helpen om effectievere medicijnen te ontwerpen en een beter begrip te krijgen van milieuverontreinigende stoffen.
Tsuda werkt samen met imaging-expert John Frangioni van de Harvard Medical School, die het beeldvormingssysteem ontwierp dat wordt gebruikt om de nanodeeltjes te volgen. Hak Soo Choi, een instructeur geneeskunde aan de Harvard Medical School, hielp bij het ontwerpen van een aantal quantum-dot-nanodeeltjes - kleine, halfgeleidende kristallen - en veranderde systematisch hun grootte, vorm en oppervlaktelading. Ze bevestigden een fluorescerende sonde aan elk nanodeeltje om het door het lichaam te laten gloeien wanneer het wordt bekeken met behulp van het nabij-infraroodbeeldvormingsapparaat.
Pelham Plastics , een fabrikant van medische hulpmiddelen gevestigd in New Hampshire, ontwikkelde een op maat gemaakte katheter om de nanodeeltjes in een rattenlong af te leveren. Met de katheter konden de onderzoekers nanodeeltjes rechtstreeks in de long injecteren en tegelijkertijd de longen ventileren om de ademhaling te simuleren.
Het team volgde de stroom nanodeeltjes in realtime, tot een uur na injectie. Tsuda ontdekte dat grootte de belangrijkste bepalende factor was voor het passeren van de longen, gevolgd door de oppervlaktelading van een nanodeeltje. Deeltjes die kleiner waren dan zes nanometer en dipolair (zowel positief als negatief geladen) reisden binnen enkele minuten van de longen naar de lymfeklieren en in de bloedbaan. Deze zelfde deeltjes lichtten kort daarna op in de nieren, wat impliceert dat ze gemakkelijk uit het lichaam konden worden verdreven. De bevindingen zijn gepubliceerd in het laatste nummer van het tijdschrift Natuur Biotechnologie .
David Edwards, Gordon McKay Professor of the practice of biomedical engineering aan de Harvard University, ziet de bevindingen van de groep als een startblauwdruk voor het ontwerpen van effectieve vaccins, die vaak gericht zijn op de immuuncellen in lymfeklieren. Edwards zegt dat hun resultaten een moleculaire verklaring kunnen bieden voor het succes van bepaalde vaccins, zoals het hepatitis B-vaccin, dat bestaat uit moleculen binnen het bereik van zes tot 34 nanometer. Dit verduidelijkt plotseling gewoon deze kwestie van wat er precies in het lymfesysteem terechtkomt en wat mogelijk in de bloedbaan terechtkomt, zegt hij.
Dit werk maakt de weg vrij voor nieuwe therapeutische benaderingen voor niet alleen lokale levering aan de longen, maar ook voor systemische levering via pulmonale toediening, zegt Joseph De Simone , directeur van nanogeneeskunde aan de Universiteit van North Carolina in Chapel Hill.
In de toekomst zijn Tsuda en zijn collega's van plan soortgelijke onderzoeken te doen om het gedrag van nanodeeltjes van neusholtes naar de hersenen te evalueren. Ze hopen soortgelijke richtlijnen te definiëren waarmee medicijnen kunnen worden ontworpen en intranasaal kunnen worden toegediend om neurologische aandoeningen te behandelen.
Het zou interessant zijn om hun aanpak te gebruiken om problemen en mogelijkheden te onderzoeken om de bloed-hersenbarrière te passeren via intranasale toediening, zegt DeSimone.