Исследователи из Университета Центральной Флориды создали уникальную технологию лечения остеопороза, в которой используются нанопузырьки для доставки лечения в целевые области тела человека.

Новая технология была разработана Мехди Разави, доцентом Медицинского колледжа UCF и членом кластера Biionix в UCF, и студенткой биомедицинских наук UCF Анджелой Шар из лаборатории биоматериалов и наномедицины в рамках работы лаборатории над разработкой инструментов. для диагностики и терапии.

Остеопороз — это заболевание, характеризующееся дисбалансом между способностью организма образовывать новую костную ткань или оссификацию и разрушать или удалять старую кость , известное как резорбция.

По данным Фонда здоровья костей и остеопороза (BHOF), исследования показывают, что каждая вторая женщина и каждый четвертый мужчина в возрасте 50 лет и старше ломают кость из-за остеопороза. Кроме того, эксперты прогнозируют, что к 2025 году остеопороз будет причиной около 3 миллионов переломов и ежегодных расходов в размере 25,3 миллиарда долларов.

Разави говорит, что здоровое тело постоянно заменяет старую или поврежденную костную ткань с постоянной скоростью, чтобы обеспечить хорошее качество костей и массу.

«Но когда скорость резорбции кости становится выше, чем скорость образования кости, это приводит к остеопорозу, системному заболеванию костной системы», — говорит он.

Многие современные методы лечения остеопороза используют такие препараты, как бисфосфонаты, для подавления резорбции костей. Побочные эффекты могут включать остеонекроз челюсти (замедленное заживление кости челюсти) и проблемы с желудочно-кишечным трактом.

Изобретение UCF, однако, использует чувствительные к ультразвуку нанопузырьки для воздействия на целевые участки тела человека.

«Существует множество наноплатформ для лечения остеопороза, — говорит Разави. «Но преимущество чувствительных к ультразвуку нанопузырьков заключается в том, что им требуется ультразвук для разрушения пузырьков и доставки генов. Ультразвук сам по себе может способствовать формированию костей».

Жизнеспособная и безопасная альтернатива, изобретение UCF лечит и предотвращает последствия остеопороза.

«Это технология двойного действия, — говорит Разави. «С одной стороны, вы уменьшаете резорбцию кости, а с другой — увеличиваете костеобразование с помощью ультразвука».

В одном примере применения нанопузырьки несут связанный с остеопорозом ген сайленсинга или нокдауна, малую интерферирующую рибонуклеиновую кислоту катепсина К (миРНК CTSK).

Разави говорит, что нанопузырьки защищают миРНК от прямого взаимодействия с окружающей средой и нацелены на клетки остеокластов, которые являются клетками кости, несущими ген CTSK. CTSK играет ключевую роль в процессе резорбции кости.

«Итак, мы подавляем, снижаем высокую экспрессию этих генов [резорбции кости] с помощью миРНК», — говорит он.

Он добавил, что система доставки также помогает замедлить высвобождение лекарства и продлить эффективность механизма подавления генов.

Каждый нанопузырек заключает в себе обработку в газовом ядре и жидкой оболочке из перфторуглерода.

«Газовое ядро ​​помогает нам визуализировать и отслеживать нанопузырьки», — говорит Разави. «Он также содержит молекулы, которые могут воздействовать на кость».

«Пузырьки проникают в костные клетки, ищут и находят те гены, которые вызывают остеопороз, и хоронят миРНК CTSK, которая затем создает комплекс», — говорит он. «Этот комплекс термодинамически нестабилен, и это приведет к своего рода подавлению или подавлению этих генов. Когда вы измеряете экспрессию катепсина К, вы получаете более низкую его экспрессию».

Для контролируемого, последовательного высвобождения и индивидуального лечения (например, низкая интенсивность для поверхностных переломов по сравнению с высокой интенсивностью для глубоких повреждений) можно изменить параметры ультразвука, включая время воздействия, интенсивность, частоту и форму волны.

Разави привел другие варианты использования изобретения.

«Вы можете использовать это для лечения рака и других приложений, таких как нейродегенеративные заболевания, такие как болезнь Альцгеймера», — говорит он.

Одним из преимуществ нанопузырьков перед микропузырьками является их способность проходить через клеточную мембрану для доставки терапевтических средств.

«Ультразвук может фактически открыть гематоэнцефалический барьер , чтобы облегчить миграцию нанопузырьков в нервные клетки для доставки генов », — говорит он.

Химиотерапевтические препараты могут быть инкапсулированы в пузырьки, а затем введены в опухоли. Кроме того, поскольку эти пузырьки имеют газовое ядро, они могут доставлять кислород.

«Одним из решений здесь является доставка кислорода в ткани для облегчения регенерации», — говорит он. «Мы пытаемся найти подходы, которые можно было бы использовать во всем мире, которые были бы неинвазивными, широко доступными, портативными и недорогими».