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Globuli rossi artificiali per la somministrazione di farmaci
Dagli anni '50, i ricercatori hanno cercato di imitare le capacità dei globuli rossi. Questi dischi flessibili trasportano l'ossigeno in tutto il corpo, schiacciando i capillari più piccoli per farlo. Ma le caratteristiche fisiche dei globuli rossi, inclusa la loro forma doppiamente concava, li hanno resi difficili da copiare con precisione.
vedere rosso : Realizzate con polimeri e proteine biodegradabili e biocompatibili, queste particelle hanno le stesse dimensioni, forma e flessibilità dei veri globuli rossi.
Nella ricerca pubblicata lunedì in Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , un gruppo specializzato nella somministrazione di farmaci ha trovato un modo per creare particelle biodegradabili e biocompatibili con le dimensioni, la forma e la flessibilità dei globuli rossi. Il gruppo ritiene che queste cellule artificiali potrebbero essere particolarmente efficaci non solo per trasportare ossigeno, ma anche come agenti terapeutici e di imaging.
Le persone hanno prodotto più di mille polimeri diversi di diverse dimensioni per la somministrazione di farmaci. Ma se li guardi tutti insieme, rappresentano il mondo sintetico; le particelle sono belle e sferiche, dice Samir Mitragotri , un ingegnere chimico dell'Università della California a Santa Barbara, che ha guidato il nuovo lavoro. Se guardi al mondo biologico, la natura usa tutti i tipi di particelle per fornire i propri beni. Batteri, cellule, virus sono tutti progettati per svolgere funzioni di consegna molto specifiche.
Per creare le cellule sintetiche, Mitragotri, insieme ai ricercatori dell'Università del Michigan, inizia con particelle sferiche costituite da un comune polimero chiamato poli(lattico- Che cosa -acido glicolico (PLGA), un composto noto per le sue proprietà biocompatibili e biodegradabili. Espongono le sfere all'alcol denaturato, che le fa sgonfiare e collassare nella forma fossetta di un globulo rosso. La particella dura di PLGA funge da stampo, attorno al quale i ricercatori possono depositare uno strato dopo l'altro di proteine. Essi reticolano le proteine per farle aderire al PLGA, quindi dissolvono la rigida struttura interna. Il risultato è un guscio proteico morbido e flessibile delle dimensioni e della forma di un globulo rosso. I ricercatori possono anche variare i rivestimenti proteici a seconda, ad esempio aggiungendo emoglobina, che potrebbe trasportare ossigeno.
Finora, Mitragotri ha dimostrato che le particelle sono abbastanza flessibili da comprimersi e fluire attraverso tubi di dimensioni capillari e possono essere infuse con farmaci in quasi ogni fase del processo. Il suo gruppo ha anche incapsulato nanoparticelle di ossido di ferro nelle cellule sintetiche, creando un potenziale agente di contrasto per la risonanza magnetica. Si può immaginare di mettere queste particelle nel sangue e usarle per visualizzare il flusso sanguigno, dice Mitragotri.
Nel complesso, non ho mai visto niente di simile. Sia il concetto che i metodi di fabbricazione che hanno sviluppato sono molto interessanti, afferma Ali Khademhosseini , un ingegnere biomedico presso la divisione di scienze e tecnologie della salute di Harvard-MIT. C'è un crescente apprezzamento su come la forma delle particelle sia importante per una varietà di cose diverse, come l'idrodinamica delle particelle all'interno del fluido, o come le diverse entità biologiche interagiscono con esse.
Tali particelle flessibili e potenzialmente di lunga durata hanno un grande potenziale per la somministrazione di farmaci. Ma Mitragotri non ha ancora guardato per vedere se le cellule sintetiche possono resistere alla prova più difficile: rimanere in circolazione. Dimostrare che le particelle rimangono nel flusso sanguigno e non provocano un attacco immunitario è un passaggio fondamentale che richiederà test sugli animali.
Nel 1966, ho realizzato [particelle] simili che possono cambiare forma e dimensioni, afferma un ricercatore di sangue artificiale Tommaso cambia della McGill University in Quebec, Canada. Quelle cellule, dice, potevano anche spremere attraverso i tubi capillari e avevano circa le stesse dimensioni dei globuli rossi. Il problema era che anche le cellule sintetiche un ottavo delle dimensioni delle normali cellule del sangue venivano eliminate dal sangue entro 30 secondi. (Negli anni '70, i ricercatori hanno scoperto che le particelle di sangue artificiale funzionano meglio a 200 nanometri o meno-30 volte più piccole dei globuli rossi.) La cosa principale è dimostrare che rimangono in circolazione, dice Chang.
Anche le particelle sintetiche più avanzate vengono eliminate dal sangue in modo incredibilmente rapido. La più lunga nanoparticella in circolazione è mai durata circa 24 ore, quindi è necessario sviluppare un approccio a qualcosa che possa circolare nel flusso sanguigno per un lungo periodo di tempo, afferma Jeffrey Karp , un professore di scienza e tecnologia della salute all'Harvard-MIT. Ma la nuova ricerca potrebbe essere un grande passo in quella direzione, dice, se il corpo mantiene le cellule sintetiche in circolo per due o tre mesi, come i veri globuli rossi. Karp afferma che i metodi di produzione utilizzati da Mitragotri e dai suoi colleghi potrebbero essere ampliati senza troppe difficoltà.
Supponendo che le cellule resistano alla prova circolatoria del tempo, penso che chiunque stia cercando di utilizzare un sistema simile a nanoparticelle per la consegna o per l'imaging avrebbe buone ragioni per andare con queste particelle, afferma Pacchetto Daniel , un ricercatore sulla somministrazione di farmaci presso l'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign.
Mitragotri afferma che il prossimo passo sarà la sperimentazione sugli animali. Vuole anche esaminare altri modi per imitare i metodi di consegna della natura. Abbiamo iniziato con i globuli rossi, ma ce ne sono molti altri che mi possono interessare, come virus e batteri, dice. Hai il tuo mondo sintetico da un lato e il tuo mondo biologico dall'altro, e vogliamo colmare il divario nel miglior modo possibile tra questi due estremi.