Le nanoparticelle rivestite con membrana piastrinica sono realizzate rivestendo nuclei di nanoparticelle biocompatibili con le membrane delle piastrine umane. La loro capacità di eludere l'attacco del sistema immunitario e di colpire sia gli agenti patogeni dannosi che i vasi sanguigni danneggiati li rende candidati terapeutici promettenti per il trattamento di infezioni batteriche e malattie cardiovascolari. Credito:gruppo di ricerca Zhang, UC San Diego Jacobs School of Engineering.
Le nanoparticelle mascherate da piastrine umane potrebbero aumentare notevolmente il potere curativo dei trattamenti farmacologici per le malattie cardiovascolari e le infezioni batteriche sistemiche. Queste nanoparticelle che imitano le piastrine, sviluppato da ingegneri dell'Università della California, San Diego, sono in grado di somministrare farmaci a siti mirati nel corpo, in particolare vasi sanguigni danneggiati, così come gli organi infettati da batteri nocivi. Gli ingegneri hanno dimostrato che consegnando i farmaci solo nelle aree in cui erano necessari i farmaci, questi imitatori di piastrine hanno notevolmente aumentato gli effetti terapeutici dei farmaci somministrati a ratti e topi malati.
La ricerca, guidato da nanoingegneri presso la UC San Diego Jacobs School of Engineering, è stato pubblicato online il 16 settembre in Natura .
"Questo lavoro affronta una sfida importante nel campo della nanomedicina:somministrazione mirata di farmaci con nanoparticelle, " disse Liangfang Zhang, un professore di nanoingegneria alla UC San Diego e autore senior dello studio. "A causa della loro capacità di mira, Le nanoparticelle che imitano le piastrine possono fornire direttamente una dose molto più elevata di farmaci specificamente alle aree malate senza saturare l'intero corpo con i farmaci".
Lo studio è un eccellente esempio dell'utilizzo di principi e tecnologia ingegneristici per ottenere "medicina di precisione, "ha detto Shu Chien, un professore di bioingegneria e medicina, direttore dell'Institute of Engineering in Medicine dell'UC San Diego, e un corrispondente autore dello studio. "Mentre questo studio di prova di principio dimostra la somministrazione specifica di agenti terapeutici per trattare le malattie cardiovascolari e le infezioni batteriche, ha anche ampie implicazioni per la terapia mirata per altre malattie come il cancro e i disturbi neurologici, " ha detto Chien.
I pro e i contro degli imitatori piastrinici
All'esterno, le nanoparticelle che imitano le piastrine sono ricoperte da membrane piastriniche umane, che consentono alle nanoparticelle di circolare nel flusso sanguigno senza essere attaccate dal sistema immunitario. Il rivestimento della membrana piastrinica ha un'altra caratteristica benefica:si lega preferenzialmente ai vasi sanguigni danneggiati e ad alcuni agenti patogeni come i batteri MRSA, consentendo alle nanoparticelle di rilasciare e rilasciare i loro carichi utili di farmaci specificamente a questi siti nel corpo.
Immagini al microscopio elettronico a scansione pseudocolorate di nanoparticelle rivestite di membrana piastrinica (arancione) che si legano al rivestimento di un'arteria danneggiata (a sinistra) e ai batteri MRSA (a destra). Ogni nanoparticella ha un diametro di circa 100 nanometri, che è mille volte più sottile di un normale foglio di carta. Credito:gruppo di ricerca Zhang, UC San Diego Jacobs School of Engineering.
All'interno delle membrane piastriniche sono racchiusi nuclei di nanoparticelle costituiti da un polimero biodegradabile che può essere metabolizzato in sicurezza dall'organismo. Le nanoparticelle possono essere imballate con molte piccole molecole di farmaci che si diffondono dal nucleo del polimero e attraverso la membrana piastrinica sui loro bersagli.
Per realizzare le nanoparticelle rivestite di membrana piastrinica, gli ingegneri hanno prima separato le piastrine dai campioni di sangue intero utilizzando una centrifuga. Le piastrine sono state quindi processate per isolare le membrane piastriniche dalle cellule piastriniche. Prossimo, le membrane piastriniche sono state frantumate in pezzi molto più piccoli e fuse alla superficie dei nuclei di nanoparticelle. Le nanoparticelle rivestite con membrana piastrinica risultanti hanno un diametro di circa 100 nanometri, che è mille volte più sottile di un normale foglio di carta.
Questa tecnologia di occultamento si basa sulla strategia sviluppata dal gruppo di ricerca di Zhang per occultare le nanoparticelle nelle membrane dei globuli rossi. I ricercatori hanno precedentemente dimostrato che le nanoparticelle travestite da globuli rossi sono in grado di rimuovere pericolose tossine che formano pori prodotte da MRSA, morsi di serpente velenoso e punture di api dal flusso sanguigno.
Utilizzando le membrane piastriniche del corpo, i ricercatori sono stati in grado di produrre imitazioni piastriniche che contengono l'insieme completo di recettori di superficie, antigeni e proteine naturalmente presenti sulle membrane piastriniche. Questo è diverso da altri sforzi, che sintetizzano imitazioni piastriniche che replicano una o due proteine di superficie della membrana piastrinica.
"La nostra tecnica sfrutta le proprietà naturali uniche delle membrane piastriniche umane, che hanno una naturale preferenza per legarsi a determinati tessuti e organismi del corpo, " ha detto Zhang. Questa capacità di mira, che le membrane dei globuli rossi non hanno, rende le membrane piastriniche estremamente utili per la somministrazione mirata di farmaci, ricercatori hanno detto.
Imitazioni piastriniche al lavoro
In una parte di questo studio, ricercatori hanno confezionato nanoparticelle che imitano le piastrine con docetaxel, un farmaco usato per prevenire la formazione di tessuto cicatriziale nel rivestimento dei vasi sanguigni danneggiati, e li ha somministrati a ratti affetti da arterie danneggiate. I ricercatori hanno osservato che le nanoparticelle contenenti docetaxel si raccoglievano selettivamente sui siti danneggiati delle arterie e le guarivano.
Quando confezionato con una piccola dose di antibiotici, Le nanoparticelle che imitano le piastrine possono anche ridurre notevolmente le infezioni batteriche che sono entrate nel flusso sanguigno e si sono diffuse a vari organi del corpo. I ricercatori hanno iniettato nanoparticelle contenenti solo un sesto della dose clinica dell'antibiotico vancomicina in uno dei gruppi di topi infettati sistemicamente con batteri MRSA. Gli organi di questi topi sono risultati con una conta batterica fino a mille volte inferiore rispetto ai topi trattati con la sola dose clinica di vancomicina.
"Le nostre nanoparticelle che imitano le piastrine possono aumentare l'efficacia terapeutica degli antibiotici perché possono concentrare il trattamento sui batteri localmente senza diffondere farmaci a tessuti e organi sani in tutto il resto del corpo, " ha detto Zhang. "Speriamo di sviluppare nanoparticelle che imitano le piastrine in nuovi trattamenti per le infezioni batteriche sistemiche e le malattie cardiovascolari".
