Molti ricercatori di mentalità medica sono alla ricerca di progetti che consentiranno alle nanoparticelle che trasportano farmaci di navigare nei tessuti e all'interno delle cellule, ma gli ingegneri dell'Università del Michigan hanno scoperto che queste particelle hanno un altro ostacolo da superare:sfuggire al flusso sanguigno.

I sistemi di somministrazione dei farmaci promettono un targeting di precisione del tessuto malato, il che significa che i farmaci potrebbero essere più efficaci a dosi più basse e con meno effetti collaterali. Un tale approccio potrebbe trattare le placche nelle arterie, che può portare ad attacchi di cuore o ictus.

I portatori di farmaci identificherebbero le pareti dei vasi infiammate e consegnerebbero un farmaco che rimuove i depositi di calcio, colesterolo e altre sostanze. O, i portatori potrebbero cercare marcatori di cancro e uccidere i piccoli vasi sanguigni nei tumori, affamando il tessuto maligno di cibo e ossigeno.

Nanoparticelle, che hanno diametri inferiori al micron, o un millesimo di millimetro, sono ritenuti i portatori di farmaci più promettenti. Omolola Eniola-Adefoso, Professore di ingegneria chimica che studia le nanoparticelle nel sangue che scorre, dice che il sistema immunitario non può liberarsene rapidamente.

"È difficile per un globulo bianco capire che ha una nanoparticella accanto, " lei disse.

Quelle stesse minuscole dimensioni consentono loro di scivolare attraverso le fessure tra le cellule e di infiltrarsi nelle membrane cellulari, dove possono andare a lavorare somministrando medicine. Ma Eniola-Adefiso e il suo team hanno scoperto che queste particelle hanno un tallone d'Achille.

I vasi sanguigni sono le autostrade del corpo, e una volta che le nanoparticelle entrano nel flusso, trovano molto difficile raggiungere le uscite. In tutti i vasi tranne i capillari, i globuli rossi nel sangue che scorre tendono a riunirsi al centro.

"I globuli rossi spazzano quelle particelle che hanno un diametro inferiore a un micron e le avvolgono, " lei disse.

Intrappolato tra i globuli rossi, le nanoparticelle non possono raggiungere la parete del vaso per curare la malattia nei vasi sanguigni o nel tessuto oltre.

Con il loro recente lavoro, compreso uno studio che sarà pubblicato di recente in Langmuir , Il team di Eniola-Adefeso ha dimostrato che le sfere di nanoparticelle affrontano questo problema in minuscole arteriole e venule, a un passo dai capillari, fino alle arterie di dimensioni centimetriche.

Hanno scoperto questo con l'aiuto di canali di plastica rivestiti con le stesse cellule che compongono l'interno dei vasi sanguigni. sangue umano, con l'aggiunta di nano o microsfere, correva per i canali, e il team ha osservato se le sfere sono migrate o meno verso le pareti del canale e si sono legate al rivestimento. I ricercatori presentano la prima prova visiva che poche nanosfere arrivano alla parete del vaso nel flusso sanguigno.

"Prima del lavoro che abbiamo fatto, le persone operavano partendo dal presupposto che le particelle interagiranno con il vaso sanguigno ad un certo punto, " Disse Eniola-Adefeso.

Mentre una frazione relativamente piccola di nanosfere filtra verso le pareti dei vasi sanguigni, molti altri rimangono nel flusso sanguigno e viaggiano in tutto il corpo. Aumentando la dose di nanoparticelle si ottengono scarsi rendimenti; dopo che il team ha aggiunto cinque volte più nanosfere ai campioni di sangue, il numero di sfere legate al rivestimento dei vasi sanguigni è solo raddoppiato.

"Se la somministrazione localizzata dei farmaci è un obiettivo importante, allora le nanosfere falliranno, " lei disse.

Ma non sono solo cattive notizie. I globuli rossi tendevano a spingere microsfere con diametri di due micron o più verso la parete. Se il sangue scorreva uniformemente, come nelle arteriole e nelle venule, o a impulsi, come avviene nelle arterie, le microsfere più grandi sono state in grado di raggiungere la parete del vaso e legarsi ad essa. Quando il team ha aggiunto più microsfere al flusso, hanno visto un aumento proporzionale delle microsfere sulla parete del vaso.

Mentre le microsfere sono troppo grandi per servire da sole come vettori di farmaci nello spazio cellulare o tissutale, il team ha suggerito che le microsfere potrebbero traghettare le nanosfere alla parete del vaso, rilasciandoli al momento dell'attacco. Ma l'approccio più semplice potrebbe essere nanoparticelle di forme diverse, che potrebbero sfuggire da soli ai globuli rossi.

Eniola-Adefiso e il suo team stanno sperimentando nanoparticelle a forma di bastoncino.

"Una sfera non ha deriva, " lei disse, quindi le nanosfere non si sposteranno naturalmente lateralmente fuori dal flusso di globuli rossi. "Quando una verga scorre, va alla deriva, e quella deriva lo avvicina alla parete del vaso."