Co se stane, když dýcháte nanočástice

Vědci vůbec poprvé sledovali tok nanočástic z plic do krevního řečiště. Práce by mohla vést k vývoji nových léků a pomoci výzkumníkům pochopit, jak znečištění může způsobit dýchací potíže.

Cestování nalehko: Vědci sledovali pohyb nanočástic z plic (zelená oblast vlevo) krysy do lymfatických uzlin (zelená oblast uprostřed) a do zbytku těla.

Výzkumníci z Beth Israel Deaconess Medical Center a Harvard School of Public Health vstříkli do plic krys fluorescenční nanočástice a použili blízké infračervené zobrazení, aby sledovali, jak se částice pohybují jejich těly. Vědci sledovali, jak daleko – a jak rychle – byly nanočástice různé velikosti, tvaru a povrchového náboje schopny cestovat po injekci. Zjistili, že nanočástice o průměru mezi 6 a 34 nanometry se dokázaly dostat přes obranu plic, aby dosáhly lymfatických uzlin a krevního řečiště. Toto zjištění může poskytnout cenné pokyny pro navrhování léků na bázi nanočástic.

Díky nepatrné velikosti nanočástic jsou potenciálně užitečné pro dodávání léků. Lék se musí dostat přes tkáňové bariéry a bojovat proti útočícím imunitním buňkám těla, aby dodal svůj terapeutický náklad předtím, než opustí tělo, aby se zabránilo toxické reakci. Vědci manipulují s velikostí, tvarem a dalšími charakteristikami nanočástic, aby našli tu správnou kombinaci, která je účinně přenese tělem.

Existuje křivka učení, kterou procházíme všichni, říká Steven Brody , docent medicíny na lékařské fakultě Washingtonské univerzity. Když začneme navrhovat nanočástice jako nosiče léků, musíme začít chápat, jaká jsou pravidla. To nám začíná dávat určitá pravidla.

Akira Tsuda , hlavní vědecký pracovník na Harvard School of Public Health, říká, že plíce mohou být dobrým vstupním bodem pro drogy: mají velký, tenký povrch, přes který mohou drogy pronikat do zbytku těla. Ale plíce mají také silné obranné mechanismy, kdy imunitní buňky neustále hlídají a hledají cizí molekuly, které by mohly zničit. Dosud nebylo jasné, jaký přesně je mechanismus, který umožňuje některým částicím procházet plícemi, zatímco jiné jsou zachyceny a zničeny. Pochopení, které by mohlo pomoci výzkumníkům navrhnout účinnější léky, a mohlo by poskytnout lepší pochopení látek znečišťujících životní prostředí.

Tsuda se spojil s odborníkem na zobrazování John Frangioni z Harvard Medical School, který navrhl zobrazovací systém používaný ke sledování nanočástic. Hak Soo Choi, instruktor medicíny na Harvard Medical School, pomohl navrhnout řadu kvantových teček nanočástic – drobných, polovodičových krystalů – a systematicky měnil jejich velikost, tvar a povrchový náboj. Ke každé nanočástici připojili fluorescenční sondu, aby při pozorování pomocí blízkého infračerveného zobrazovacího zařízení prozářila tělem.

Pelham Plastics , výrobce lékařských zařízení se sídlem v New Hampshire, vyvinul katetr na zakázku, který dodává nanočástice do plic krysy. Katétr umožnil vědcům vstřikovat nanočástice přímo do plic a zároveň ventilovat plíce, aby simulovaly dýchání.

Tým sledoval tok nanočástic v reálném čase, až hodinu po injekci. Tsuda zjistil, že nejdůležitějším určujícím faktorem pro průchod plícemi je velikost, po níž následuje povrchový náboj nanočástice. Částice, které byly menší než šest nanometrů a byly dipolární (kladně i záporně nabité), putovaly z plic do lymfatických uzlin a do krevního řečiště během několika minut. Tyto stejné částice se krátce poté rozsvítily v ledvinách, což naznačuje, že mohou být snadno vyloučeny z těla. Zjištění jsou zveřejněna v posledním čísle časopisu Přírodní biotechnologie .

David Edwards, profesor praxe biomedicínského inženýrství na Harvardské univerzitě Gordon McKay, vidí zjištění skupiny jako výchozí plán pro navrhování účinných vakcín, které jsou často zaměřeny na imunitní buňky v lymfatických uzlinách. Edwards říká, že jejich výsledky mohou poskytnout molekulární vysvětlení úspěchu určitých vakcín, jako je vakcína proti hepatitidě B, která se skládá z molekul v rozmezí od 6 do 34 nanometrů. To najednou jen objasňuje tento problém, co přesně se dostává do lymfatického systému a co se možná dostává do krevního řečiště, říká.

Tato práce připravuje cestu pro nové terapeutické přístupy nejen pro lokální dodávání do plic, ale také pro systémové dodávání prostřednictvím plicního podávání, říká Joseph DeSimone , ředitel nanomedicíny na University of North Carolina v Chapel Hill.

V budoucnu Tsuda a jeho kolegové plánují provést podobné studie, aby vyhodnotili chování nanočástic z nosních dutin do mozku. Doufají, že definují podobná pravidla, podle kterých lze navrhovat a podávat léky intranazálně k léčbě neurologických poruch.

Bylo by zajímavé využít jejich přístup k prozkoumání problémů a příležitostí pro překonání hematoencefalické bariéry intranazálním podáním, říká DeSimone.

skrýt