Le lesioni traumatiche sono la principale causa di morte negli Stati Uniti tra le persone di età pari o inferiore a 45 anni e tali lesioni rappresentano oltre 3 milioni di decessi all'anno in tutto il mondo. Per ridurre il bilancio delle vittime di tali lesioni, molti ricercatori stanno lavorando su nanoparticelle iniettabili che possono depositarsi sul sito di una lesione interna e attirare cellule che aiutano a fermare l'emorragia fino a quando il paziente non può raggiungere un ospedale per ulteriori cure.

Mentre alcune di queste particelle hanno mostrato risultati promettenti negli studi sugli animali, nessuna è stata ancora testata su pazienti umani. Uno dei motivi è la mancanza di informazioni sul meccanismo d'azione e sulla potenziale sicurezza di tali particelle. Per fare più luce su questi fattori, gli ingegneri chimici del MIT hanno ora condotto il primo studio sistematico su come le nanoparticelle polimeriche di dimensioni diverse circolano nel corpo e interagiscono con le piastrine, le cellule che promuovono la coagulazione del sangue.

In uno studio sui ratti, i ricercatori hanno dimostrato che le particelle di dimensioni intermedie, circa 150 nanometri di diametro, erano le più efficaci nel fermare l'emorragia. Inoltre, è molto meno probabile che queste particelle raggiungano i polmoni o altri siti fuori bersaglio, cosa che spesso accade con le particelle più grandi.

"Con i nanosistemi, c'è sempre un certo accumulo nel fegato e nella milza, ma vorremmo che si accumulasse più sistema attivo sulla ferita che in questi siti di filtrazione nel corpo", afferma Paula Hammond, professoressa del MIT Institute , capo del Dipartimento di ingegneria chimica e membro del Koch Institute for Integrative Cancer Research del MIT.

Hammond; Bradley Olsen, Alexander e I. Michael Kasser Professore di Ingegneria Chimica; e George Velmahos, professore di chirurgia presso la Harvard Medical School e primario di trauma, chirurgia d'urgenza e terapia intensiva chirurgica presso il Massachusetts General Hospital, sono gli autori senior dello studio.

La studentessa laureata del MIT Celestine Hong è l'autore principale del documento, che appare sulla rivista ACS Nano .

Effetti dimensione

Le nanoparticelle che possono fermare l'emorragia, chiamate anche nanoparticelle emostatiche, possono essere prodotte in vari modi. Una delle strategie più comunemente utilizzate è creare nanoparticelle costituite da un polimero biocompatibile coniugato con una proteina o un peptide che attrae le piastrine, le cellule del sangue che avviano la coagulazione del sangue.

In questo studio, i ricercatori hanno utilizzato un polimero noto come PEG-PLGA, coniugato con un peptide chiamato GRGDS, per creare le loro particelle. La maggior parte degli studi precedenti sulle particelle polimeriche per fermare l'emorragia si sono concentrati su particelle di dimensioni comprese tra 300 e 500 nanometri. Tuttavia, pochi studi, se non nessuno, hanno analizzato sistematicamente come le dimensioni influenzino la funzione delle nanoparticelle.

"Stavamo davvero cercando di vedere come la dimensione della nanoparticella influenzi le sue interazioni con la ferita, che è un'area che non è stata esplorata prima con le nanoparticelle polimeriche utilizzate come emostatici", afferma Hong.

Studi sugli animali hanno dimostrato che le nanoparticelle più grandi possono aiutare a fermare l'emorragia, ma queste particelle tendono anche ad accumularsi nei polmoni, il che può causare una coagulazione indesiderata lì. Nel nuovo studio, il team del MIT ha analizzato una gamma di nanoparticelle, comprese piccole (meno di 100 nanometri), intermedie (da 140 a 220 nanometri) e grandi (da 500 a 650 nanometri).

In primo luogo, hanno analizzato le particelle in laboratorio, per studiare come interagiscono con le piastrine attive in una varietà di condizioni. Uno dei loro test ha misurato quanto bene le particelle si legassero alle piastrine mentre le piastrine scorrevano attraverso un tubo. In questo test, le nanoparticelle più piccole hanno prodotto la maggiore percentuale di piastrine legate. In un altro test, hanno misurato quanto bene le nanoparticelle potrebbero aderire a una superficie ricoperta di piastrine. In questo scenario, le nanoparticelle più grandi sono quelle migliori.

Quindi, i ricercatori hanno posto una domanda leggermente diversa e hanno analizzato quanta parte della massa attaccata alla superficie fosse costituita da nanoparticelle e quanta fossero piastrine, perché l'obiettivo finale è attirare quante più piastrine possibile. Utilizzando quel benchmark, hanno scoperto che le particelle intermedie erano le più efficaci.

"Se attiri un mucchio di nanoparticelle che finiscono per bloccare il legame delle piastrine perché si aggregano l'una sull'altra, non è molto utile. Vogliamo che le piastrine entrino", dice Hong. "Quando abbiamo fatto quell'esperimento, abbiamo scoperto che la dimensione delle particelle intermedia era quella che alla fine aveva il maggior contenuto di piastrine".

Fermare l'emorragia

I ricercatori hanno quindi testato le tre classi di dimensioni delle nanoparticelle nei topi. In primo luogo, hanno iniettato le particelle in topi sani per studiare per quanto tempo sarebbero circolate nel corpo e dove si sarebbero accumulate. Hanno scoperto che, come visto in studi precedenti, le particelle più grandi avevano maggiori probabilità di accumularsi nei polmoni o in altri siti fuori bersaglio e il loro tempo di circolazione era più breve.

Lavorando con i loro collaboratori all'MGH, i ricercatori hanno quindi utilizzato un modello di ratto di lesione interna per studiare quali particelle sarebbero più efficaci nel fermare l'emorragia. Hanno scoperto che le particelle di dimensioni intermedie sembravano funzionare meglio e che quelle particelle mostravano anche il più alto tasso di accumulo nel sito della ferita.

"Questo studio suggerisce che le nanoparticelle più grandi non sono necessariamente il sistema su cui vogliamo concentrarci, e penso che non fosse chiaro dal lavoro precedente. Poter rivolgere la nostra attenzione a questa gamma di medie dimensioni può aprire alcune nuove porte ", dice Hammond.

I ricercatori ora sperano di testare queste particelle di dimensioni intermedie in modelli animali più grandi, per ottenere maggiori informazioni sulla loro sicurezza e sulle dosi più efficaci. Sperano che alla fine tali particelle possano essere utilizzate come prima linea di trattamento per fermare l'emorragia da lesioni traumatiche abbastanza a lungo da consentire al paziente di raggiungere l'ospedale.

"Queste particelle hanno lo scopo di affrontare le morti prevenibili. Non sono una panacea per l'emorragia interna, ma hanno lo scopo di dare a una persona qualche ora in più fino a quando non può arrivare in un ospedale dove può ricevere un trattamento adeguato", dice Hong. + Esplora ulteriormente

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Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca, l'innovazione e l'insegnamento del MIT.