Le malattie cardiache e l'ictus sono le due malattie più mortali del mondo, causando oltre 15 milioni di morti nel 2016 secondo l'Organizzazione Mondiale della Sanità. Un fattore chiave alla base di entrambe queste crisi sanitarie globali è la condizione comune, aterosclerosi, o l'accumulo di depositi di grasso, infiammazione e placca sulle pareti dei vasi sanguigni. All'età di 40 anni, circa la metà di noi avrà questa condizione, molti senza sintomi.

Una nuova innovazione di nanoparticelle dei ricercatori del Dipartimento di ingegneria biomedica della USC Viterbi potrebbe consentire ai medici di individuare quando la placca diventa pericolosa rilevando calcificazioni instabili che possono scatenare infarti e ictus.

La ricerca—dal Ph.D. studentessa Deborah Chin sotto la supervisione di Eun Ji Chung, il Dott. Karl Jacob Jr. e la Cattedra di inizio carriera di Karl Jacob III, in collaborazione con Gregory Magee, assistente professore di chirurgia clinica presso la Keck School of Medicine della USC, è stato pubblicato nella Royal Society of Chemistry's Journal of Materials Chemistry B .

Quando l'aterosclerosi si verifica nelle arterie coronarie, i blocchi dovuti a placca o rotture indotte da calcificazioni possono portare a un coagulo, tagliando il flusso sanguigno al cuore, che è la causa della maggior parte degli attacchi di cuore. Quando la condizione si verifica nei vasi che portano al cervello, può causare un ictus.

"Un'arteria non ha bisogno di essere bloccata all'80% per essere pericolosa. Un'arteria con il 45% di ostruzione da placche potrebbe essere più soggetta a rotture, "Chung ha detto. "Solo perché è una targa grande non significa necessariamente che sia una targa instabile."

Chung ha detto che quando piccoli depositi di calcio, chiamate microcalcificazioni, si formano all'interno delle placche arteriose, la placca può diventare soggetta a rotture.

Però, identificare se la calcificazione dei vasi sanguigni è instabile e suscettibile di rottura è particolarmente difficile utilizzando i tradizionali metodi di scansione TC e RM, o angiografia, che ha altri rischi.

"L'angiografia richiede l'uso di cateteri che sono invasivi e presentano rischi intrinseci di danno tissutale, " disse Mento, l'autore principale. "Le scansioni TC d'altra parte, comportano radiazioni ionizzanti che possono causare altri effetti dannosi ai tessuti".

Chung ha affermato che i limiti di risoluzione dell'imaging tradizionale offrono ai medici una "visione a volo d'uccello" di calcificazioni di dimensioni maggiori, che potrebbe non essere necessariamente pericoloso. "Se la calcificazione è su scala micro, può essere più difficile da individuare, " lei disse.

Il team di ricerca ha sviluppato una nanoparticella, conosciuta come micella, che si attacca e illumina la calcificazione per rendere più facile la visualizzazione durante l'imaging di blocchi più piccoli che tendono a rompersi.

Chin ha detto che le micelle sono in grado di colpire specificamente l'idrossiapatite, una forma unica di calcio presente nelle arterie e nelle placche aterosclerotiche.

"Le nostre nanoparticelle di micelle dimostrano una tossicità minima per le cellule e i tessuti e sono altamente specifiche per le calcificazioni di idrossiapatite, "Chin ha detto. "Così, questo riduce al minimo l'incertezza nell'identificazione di calcificazioni vascolari dannose".

Il team ha testato la loro nanoparticella su cellule calcificate in un piatto, all'interno di un modello murino di aterosclerosi, così come l'utilizzo di campioni di arteria derivata dal paziente forniti dal chirurgo vascolare, Mago, che mostra la loro applicabilità non solo nei piccoli animali ma nei tessuti umani.

"Nel nostro caso, abbiamo dimostrato che la nostra nanoparticella si lega alla calcificazione nel modello murino più comunemente usato per l'aterosclerosi e funziona anche nel tessuto vascolare calcificato derivato dai pazienti, " disse Mento.

Chung ha affermato che il passo successivo per il team è stato quello di sfruttare le particelle micelle da utilizzare nella terapia farmacologica mirata per trattare la calcificazione nelle arterie, piuttosto che solo come mezzo per rilevare i potenziali blocchi.

"L'idea alla base delle nanoparticelle e della nanomedicina è che può essere un vettore come il sistema di trasporto di Amazon, trasporto di droga direttamente a un indirizzo o a una posizione specifica nel corpo, e non in posti in cui non vuoi che vada, " Disse Chun.

"Speriamo che ciò possa consentire dosaggi più bassi, ma elevata efficacia nel sito della malattia senza danneggiare le cellule normali e i processi degli organi, " lei disse.