Un team di ricercatori, guidato da scienziati della Case Western Reserve University, ha sviluppato una nanoparticella multifunzionale che consente alla risonanza magnetica per immagini (MRI) di individuare le placche dei vasi sanguigni causate dall'aterosclerosi. La tecnologia è un passo avanti verso la creazione di un metodo non invasivo per identificare le placche vulnerabili alla rottura, la causa di infarto e ictus, in tempo per il trattamento.

Attualmente, i medici possono identificare solo i vasi sanguigni che si stanno restringendo a causa dell'accumulo di placca. Un medico fa un'incisione e fa scivolare un catetere all'interno di un vaso sanguigno nel braccio, inguine o collo. Il catetere emette un colorante che consente ai raggi X di mostrare il restringimento.

Però, I ricercatori di Case Western Reserve riferiscono online oggi sulla rivista Nano lettere che una nanoparticella costruita da un virus a forma di bastoncino che si trova comunemente sul tabacco localizza e illumina la placca nelle arterie in modo più efficace e con una piccola frazione del colorante.

Ma ancora più importante, il lavoro mostra che le nanoparticelle su misura si trovano sui biomarcatori della placca. Ciò apre la possibilità che le particelle possano essere programmate per identificare le placche vulnerabili da stabili, qualcosa che i coloranti non mirati da soli non possono.

"Dal punto di vista del chimico, è ancora difficile creare nanoparticelle che non siano sferiche, ma i materiali non sferici sono vantaggiosi per le applicazioni mediche", ha affermato Nicole F. Steinmetz, assistente professore di ingegneria biomedica alla Case Western Reserve. "La natura è molto più avanti di noi. Stiamo raccogliendo i metodi della natura per trasformarli in qualcosa di utile in medicina".

Le nanoparticelle a forma di bastoncino sono costituite dal virus del mosaico del tabacco, minuscoli organismi tubolari che infettano le cellule vegetali ma sono benigni al di fuori della pianta.

Steinmetz, specialista in bioingegneria dei virus vegetali, in coppia con Xin Yu, professore di ingegneria biomedica, specializzato nello sviluppo di tecniche di risonanza magnetica per studiare le malattie cardiovascolari. Hanno creato un dispositivo che trasporta e concentra gli agenti di imaging sulle placche.

Il team di ricerca comprende:Michael A. Bruckman, un ricercatore post-dottorato, e Lauren N. Randolph, uno studente universitario, nel laboratorio Steinmetz; Kai Jiang, uno studente di dottorato nel laboratorio di Yu; e Leonard G. Luyt, professore assistente, ed Emily J. Simpson, un dottorando, sia al dipartimento di chimica della Western University, a Londra, Ontario.

Le nanoparticelle allungate hanno una maggiore probabilità di essere espulse dal flusso sanguigno centrale e di colpire la parete del vaso rispetto alle sfere. Inoltre la forma consente un fissaggio più stabile alla placca, hanno detto i ricercatori.

La superficie del virus è modificata per trasportare brevi catene di amminoacidi, chiamati peptidi, che fanno attaccare il virus dove le placche si stanno sviluppando o già esistono. Luyt e Simpson hanno sintetizzato i peptidi.

"Il legame consente alla particella di rimanere sul sito più a lungo, considerando che è più probabile che la forza pura lavi via una sfera, a causa della sua elevata curvatura, " ha detto Yu, un incaricato della Case School of Engineering.

La superficie del virus è stata anche modificata per trasportare coloranti nel vicino infrarosso utilizzati per la scansione ottica, e ioni gadolinio (che sono legati a molecole organiche, per ridurre la tossicità del metallo) utilizzato come mezzo di contrasto per la risonanza magnetica. Hanno usato scansioni ottiche per verificare i risultati della risonanza magnetica.

Caricando la superficie con ioni di gadolinio invece di iniettarli e lasciarli fluire liberamente nel flusso sanguigno, la nanoparticella aumenta la relassività, o contrasto dal tessuto sano, di oltre quattro ordini di grandezza.

"L'agente iniettato nel flusso sanguigno ha una relassività di 5, e le nostre nanoparticelle una relassività di 35, 000, ", ha affermato Steinmetz, nominato dalla Case Western Reserve School of Medicine.

Questo perché il nanorod trasporta fino a 2, 000 molecole del mezzo di contrasto, concentrandoli nei siti della placca. In secondo luogo, attaccare l'agente di contrasto a un'impalcatura di nanoparticelle riduce i suoi tassi di caduta molecolare e porta a un ulteriore beneficio di relassività, hanno spiegato i ricercatori.

Mentre la vista è migliore, sono in grado di utilizzare 400 volte meno del mezzo di contrasto perché viene erogato direttamente sulle placche.

La nanoparticella a base di virus del tabacco, loro hanno detto, offre un altro vantaggio:la maggior parte delle nanoparticelle che sono state sviluppate per trasportare agenti di contrasto sono basate su materiali sintetici, alcuni dei quali possono rimanere nel corpo per un po'.

Il virus del tabacco è fatto di proteine, quale il corpo è ben attrezzato per gestire e sciacquare rapidamente dal sistema.

Steinmetz e Yu, membri del Case Center for Imaging Research, ora propongono di fare un ulteriore passo avanti. Vogliono personalizzare le nanoparticelle per mostrare ai medici se le placche sono stabili e non richiedono alcun trattamento, o sono vulnerabili alla rottura e richiedono un trattamento. Una rottura innesca la cascata di eventi che portano ad infarto e ictus.

Per fare questo, devono prima trovare diversi biomarcatori di placche stabili rispetto a quelle vulnerabili e rivestire le nanoparticelle con diversi peptidi e agenti di contrasto che consentano alla risonanza magnetica di distinguere l'uno dall'altro.

"La nostra comprensione delle placche vulnerabili è incompleta, ma una volta che possiamo diagnosticare placche vulnerabili da placche stabili, sarà un cambio di paradigma nella diagnosi e nella prognosi, " disse Yu.

Oltre a utilizzare la tecnologia per trovare le vulnerabilità, può anche essere utile per somministrare medicinali e monitorare il trattamento, dicono i ricercatori.