Scienziati e ingegneri hanno utilizzato campi magnetici uniformi per guidare nanoparticelle contenenti ferro verso stent metallici nei vasi sanguigni danneggiati, dove le particelle rilasciano un carico utile del farmaco che previene con successo i blocchi in quei vasi. In questo studio sugli animali, la nuova tecnica ha ottenuto risultati migliori a una dose inferiore rispetto alla terapia con stent non magnetico convenzionale.

Condotto in colture cellulari e ratti, la ricerca è l'ultima di una serie di studi presso il Children's Hospital di Philadelphia che dimostrano la fattibilità delle nanoparticelle a guida magnetica come nuova piattaforma di consegna per una varietà di possibili carichi terapeutici:DNA, cellule e farmaci. I risultati potrebbero gettare le basi per un nuovo strumento medico, chiamato intervento magnetico vascolare.

"Questa può diventare un'importante piattaforma tecnologica per la somministrazione di farmaci e altri agenti a siti specifici in cui possono produrre benefici nei vasi sanguigni malati o feriti, " ha detto il capo dello studio Robert J. Levy, M.D., la cattedra William J. Rashkind di cardiologia pediatrica presso il Children's Hospital di Philadelphia.

La ricerca appare nella P procedimenti giudiziari dell'Accademia Nazionale delle Scienze , pubblicato online questa settimana. Il gruppo di Levy dell'ospedale pediatrico ha collaborato con ingegneri e scienziati della Drexel University, Northeastern University e Duke University.

Il lavoro di Levy introduce un nuovo sistema di consegna a una tecnologia medica esistente:stent distribuiti con catetere. I pazienti con malattie cardiache ricevono comunemente tali stent, strette impalcature metalliche che allargano un vaso sanguigno parzialmente ostruito. Questi stent sono spesso rivestiti con farmaci antiproliferativi come il paclitaxel. Paclitaxel inibisce l'accumulo di cellule muscolari lisce all'interno dello stent che causano un'ostruzione.

Però, gli attuali stent medicati hanno i loro limiti. Contengono una dose fissa di farmaco, va bene per una sola uscita. In un numero significativo di pazienti, avviene la riostruzione. Il sistema a guida magnetica di Levy amplia le possibilità di stent, poiché il targeting magnetico consente di utilizzare dosi più elevate, ridosaggio se i problemi si ripresentano e utilizzo di più di un tipo di agente per trattare un vaso sanguigno con uno stent.

Levy ha fatto uso della nanotecnologia, l'applicazione di materiali estremamente piccoli. Il suo team di laboratorio ha creato nanoparticelle, circa 290 nanometri di diametro, costituito da un polimero biodegradabile e impregnato di magnetite, un ossido di ferro. (Un nanometro è un milionesimo di millimetro; queste nanoparticelle sono da dieci a 100 volte più piccole dei globuli rossi). La magnetite nelle particelle risponde fortemente a un campo magnetico. Essendo biodegradabile, le particelle si decompongono in modo sicuro nel corpo dopo aver rilasciato il loro carico utile.

Il team di Levy ha impiantato per la prima volta stent in acciaio inossidabile nelle arterie carotidi di ratti vivi. Dopo aver iniettato nanoparticelle cariche di paclitaxel nelle arterie del ratto attraverso un catetere, hanno prodotto un campo magnetico uniforme attorno a ciascun ratto per cinque minuti. Il campo magnetico, paragonabile a quello prodotto dalle macchine MRI esistenti, ma un decimo più forte, magnetizzato sia gli stent che le nanoparticelle, e ha guidato le particelle negli stent e nel vicino tessuto arterioso.

I ricercatori hanno inserito stent e nanoparticelle in un gruppo di ratti di controllo, ma senza utilizzare un campo magnetico. Cinque giorni dopo aver ricevuto l'infusione di nanoparticelle, gli animali trattati magneticamente avevano da quattro a dieci volte più particelle nelle loro arterie stent rispetto agli animali di controllo.

Inoltre, l'uso di campi magnetici per concentrare il trattamento ha avuto un effetto duraturo. Quattordici giorni dopo aver utilizzato il campo magnetico e una singola dose di paclitaxel incapsulato con nanoparticelle magnetiche, i ricercatori hanno scoperto che le arterie dei ratti avevano una restenosi significativamente inferiore rispetto a quella riscontrata nelle arterie dei ratti di controllo che non avevano ricevuto alcun trattamento magnetico.

Negli ultimi anni, Levy e colleghi hanno mostrato prove di concetto simili in altri studi sugli animali, utilizzando nanoparticelle a guida magnetica per somministrare la terapia genica e le cellule endoteliali terapeutiche agli stent arteriosi. La tecnica è versatile, Levy dice, aggiungendo che potrebbe anche fornire un'ampia gamma di agenti terapeutici efficaci.

Stent e campi magnetici potrebbero anche fornire terapie combinate. Le nanoparticelle potrebbero trasportare diversi agenti contemporaneamente o in momenti diversi. Poiché gli stent rimangono in posizione, i medici potrebbero ritirare i pazienti, somministrazione di agenti terapeutici attraverso cateteri sotto guida magnetica. Poiché l'effetto magnetico concentra il suo pacchetto di consegna nel sito specifico di uno stent, i medici potrebbero ottenere effetti più forti con dosi complessive inferiori di un determinato agente. Contribuendo all'efficienza della tecnica, le nanoparticelle a base di polimeri hanno fornito un rilascio prolungato del farmaco nel corso di 14 giorni dello studio.

Levy prevede una terapia futura chiamata intervento magnetico vascolare, in cui un paziente riceverebbe trattamenti regolari da un chirurgo vascolare o da un cardiologo interventista che eroga dosi di nanoparticelle terapeutiche a un livello basso, campo magnetico uniforme.

Sebbene attualmente gli stent siano utilizzati principalmente per i pazienti cardiopatici, Levy ha citato un grande bisogno insoddisfatto tra i milioni di pazienti con malattia cronica delle arterie periferiche. Nei pazienti diabetici con cattiva circolazione, Per esempio, stent a rilascio di farmaco hanno avuto "risultati deludenti, "Levy dice, perché le arterie delle gambe sono più grandi delle arterie coronarie, e dosi di farmaco insufficienti sono incluse nel rivestimento dello stent. "La nostra tecnica offre opportunità per un nuovo approccio in cui possiamo variare le dosi e ripetere i trattamenti, " Aggiunge.

Nei bambini, gli stent sono usati per ingrandire meccanicamente le strutture anatomiche per condizioni come la stenosi dell'arteria polmonare periferica, la coartazione del difetto cardiaco dell'aorta, e difetti del setto interatriale creati da tecniche interventistiche per fornire sangue ossigenato. Levy suggerisce che le nanoparticelle guidate magneticamente potrebbero fornire farmaci che potrebbero migliorare i risultati in ciascuna di queste impostazioni, così come una serie di altri interventi basati su stent utilizzati in cardiologia pediatrica.

Per le nanoparticelle a guida magnetica studiate da Levy, potenziali applicazioni cliniche sono ancora in futuro, ma forse non troppo distante. Si aspetta di collaborare con i ricercatori clinici nei prossimi anni per avvicinare l'intervento magnetico vascolare alla realtà clinica. "Questa tecnica è destinata a diventare una nuova piattaforma per terapie interventistiche che potrebbero essere più sicure ed efficaci rispetto ai trattamenti attuali, " Egli ha detto.