Размер имеет значение при лечении травматических повреждений частицами

Прочитано: 184 раз(а)


Травматические повреждения являются основной причиной смерти в США среди людей в возрасте 45 лет и младше, и на такие травмы приходится более 3 миллионов смертей в год во всем мире. Чтобы снизить смертность от таких травм, многие исследователи работают над инъекционными наночастицами, которые могут проникать в место повреждения внутренних органов и привлекать клетки, помогающие остановить кровотечение, пока пациент не попадет в больницу для дальнейшего лечения.

Хотя некоторые из этих частиц показали многообещающие результаты в исследованиях на животных, ни одна из них еще не была испытана на людях. Одной из причин этого является отсутствие информации о механизме действия и потенциальной безопасности таких частиц. Чтобы пролить больше света на эти факторы, инженеры-химики Массачусетского технологического института провели первое систематическое исследование того, как полимерные наночастицы разного размера циркулируют в организме и взаимодействуют с тромбоцитами, клетками, которые способствуют свертыванию крови.

В исследовании на крысах исследователи показали, что частицы среднего размера, около 150 нанометров в диаметре, наиболее эффективно останавливают кровотечение. Эти частицы также с гораздо меньшей вероятностью попадали в легкие или другие нецелевые участки, что часто происходит с более крупными частицами.

«С наносистемами всегда есть некоторое накопление в печени и селезенке, но мы хотели бы, чтобы больше активной системы накапливалось в ране, чем в этих местах фильтрации в организме», — говорит Паула Хаммонд, профессор Института Массачусетского технологического института. , заведующий кафедрой химического машиностроения и член Института интегративных исследований рака им. Коха при Массачусетском технологическом институте.

Хаммонд; Брэдли Олсен, профессор химического машиностроения Александра и Майкла Кассеров; и Джордж Велмахос, профессор хирургии Гарвардской медицинской школы и заведующий отделением травматологии, неотложной хирургии и хирургической интенсивной терапии в Массачусетской больнице общего профиля, являются ведущими авторами исследования.

Аспирант Массачусетского технологического института Селестин Хонг является ведущим автором статьи, опубликованной в журнале ACS Nano .

Эффекты размера

Наночастицы, которые могут останавливать кровотечение, также называемые гемостатическими наночастицами, могут быть получены различными способами. Одной из наиболее часто используемых стратегий является создание наночастиц из биосовместимого полимера, конъюгированного с белком или пептидом, который притягивает тромбоциты, клетки крови, которые инициируют свертывание крови.

В этом исследовании исследователи использовали полимер, известный как PEG-PLGA, конъюгированный с пептидом, называемым GRGDS, для создания своих частиц. Большинство предыдущих исследований полимерных частиц для остановки кровотечения были сосредоточены на частицах размером от 300 до 500 нанометров. Однако лишь немногие исследования систематически анализировали, как размер влияет на функцию наночастиц.

«Мы действительно пытались выяснить, как размер наночастицы влияет на ее взаимодействие с раной, а это область, которая ранее не исследовалась с полимерными наночастицами, используемыми в качестве кровоостанавливающих средств», — говорит Хонг.

Исследования на животных показали, что более крупные наночастицы могут помочь остановить кровотечение, но эти частицы также имеют тенденцию накапливаться в легких, что может вызвать там нежелательное свертывание крови. В новом исследовании команда Массачусетского технологического института проанализировала ряд наночастиц, включая малые (менее 100 нанометров), промежуточные (от 140 до 220 нанометров) и большие (от 500 до 650 нанометров).

Сначала они проанализировали частицы в лаборатории, чтобы изучить, как они взаимодействуют с активными тромбоцитами в различных условиях. Один из их тестов измерял, насколько хорошо частицы связываются с тромбоцитами, когда тромбоциты проходят через трубку. В этом тесте наименьшие наночастицы привели к наибольшему проценту связанных тромбоцитов. В другом тесте они измерили, насколько хорошо наночастицы могут прилипать к поверхности, покрытой тромбоцитами. В этом сценарии самые большие наночастицы прилипают лучше всего.

Затем исследователи задали несколько иной вопрос и проанализировали, какая часть прилипшей к поверхности массы приходится на наночастицы, а какая — на тромбоциты, поскольку конечной целью является привлечение как можно большего количества тромбоцитов. Используя этот тест, они обнаружили, что промежуточные частицы были наиболее эффективными.

«Если вы притягиваете кучу наночастиц, и они в конечном итоге блокируют связывание тромбоцитов , потому что слипаются друг с другом, это не очень полезно. Мы хотим, чтобы тромбоциты поступали внутрь», — говорит Хонг. «Когда мы провели этот эксперимент, мы обнаружили, что промежуточный размер частиц был тем, который в конечном итоге давал наибольшее содержание тромбоцитов».

Остановка кровотечения

Затем исследователи протестировали три класса размеров наночастиц на мышах. Сначала они вводили частицы здоровым мышам, чтобы изучить, как долго они будут циркулировать в организме и где будут накапливаться. Они обнаружили, что, как и в предыдущих исследованиях, самые крупные частицы с большей вероятностью накапливались в легких или других нецелевых участках, а время их циркуляции было короче.

Затем, работая со своими сотрудниками в MGH, исследователи использовали крысиную модель внутреннего повреждения, чтобы изучить, какие частицы будут наиболее эффективны для остановки кровотечения. Они обнаружили, что частицы среднего размера работают лучше всего, и что эти частицы также демонстрируют наибольшую скорость накопления в месте раны.

«Это исследование предполагает, что более крупные наночастицы не обязательно являются той системой, на которой мы хотим сосредоточиться, и я думаю, что это не было ясно из предыдущей работы. Возможность обратить наше внимание на этот диапазон среднего размера может открыть некоторые новые двери. «, — говорит Хаммонд.

Теперь исследователи надеются протестировать эти частицы среднего размера на более крупных моделях животных, чтобы получить больше информации об их безопасности и наиболее эффективных дозах. Они надеются, что в конечном итоге такие частицы можно будет использовать в качестве первой линии лечения для остановки кровотечения при травмах на время, достаточное для того, чтобы пациент мог добраться до больницы.

«Эти частицы предназначены для борьбы с предотвратимой смертью. Они не панацея от внутренних кровотечений, но они предназначены для того, чтобы дать человеку несколько дополнительных часов, пока он не попадет в больницу, где ему смогут получить адекватное лечение», — говорит Хонг.

Размер имеет значение при лечении травматических повреждений частицами



Новости партнеров