Могут ли нанотехнологии замедлить развитие остеоартрита?
Лекарства от остеоартрита до сих пор нет. Однако один инновационный нанотехнологический подход может помочь направить терапевтические агенты глубже в пораженный хрящ и дольше оставаться активными.
В основном это заболевание, связанное с пожилыми людьми, остеоартрит является изнурительным состоянием.
Поражая хрящи в суставах тела, остеоартрит поражает примерно 26 миллионов человек в Соединенных Штатах.
Иногда состояние начинается с травмы или повреждения сустава, связанного с заболеванием.
В других случаях это происходит из-за износа, вызванного годами использования.
Во всех случаях в настоящее время нет возможности остановить его развитие. В настоящее время единственными доступными вариантами являются лекарства для облегчения связанной с этим боли.
По мере того, как население становится все старше и тяжелее - оба фактора риска остеоартрита - это становится еще более серьезной проблемой.
Кроме того, поскольку боль является преобладающим симптомом, остеоартрит способствует кризису опиоидной зависимости. Поиск инновационных способов вмешаться в поступательное движение этой болезни сейчас актуален как никогда.
Проблема доставки лекарств
Недавно к нам подключились исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) в Кембридже. Они исследовали способы использования нанотехнологий для улучшения экспериментальных лекарств от остеоартрита.
Они опубликовали свои выводы в журнале. Трансляционная медицина ранее, на этой неделе.
На протяжении многих лет ученые противопоставляли широкий спектр химических веществ остеоартриту. Некоторые из них показали себя многообещающими на животных моделях, но на сегодняшний день ни один из них не оказался полезным на людях.
Авторы нового исследования считают, что «[м] любые из этих недостатков коренятся в неадекватной доставке лекарств».
На это есть две основные причины. Во-первых, в суставах отсутствует кровоснабжение, а это значит, что специалисты должны сами вводить лекарства непосредственно в суставы. Во-вторых, лимфодренаж быстро удаляет соединения, введенные в суставы.
Чтобы преодолеть это препятствие, ученые сосредоточились на разработке способа доставки и удержания лекарств в суставах в течение более длительного времени, а также более глубокого проникновения в хрящи, тем самым доставляя лекарства непосредственно в клетки, где они необходимы.
Лекарством, на котором они сосредоточились, был инсулиноподобный фактор роста 1 (IGF-1), соединение, которое показало многообещающие результаты в некоторых клинических испытаниях. Этот фактор роста способствует росту и выживанию хондроцитов, которые являются клетками, составляющими здоровый хрящ.
Крошечные сферы
Исследователи разработали наноразмерную сферическую молекулу в качестве носителя IGF-1. Молекула состоит из множества ответвлений, называемых дендримерами, которые исходят из центрального ядра.
Каждая ветвь заканчивается положительно заряженной областью, которая притягивается к отрицательному заряду на поверхности хондроцитов.
Молекулы также включают поворотный полимерный рычаг, который покрывает и периодически нейтрализует положительные заряды. Исследователи прикрепили молекулы IGF-1 к поверхности этой сферы и ввели соединение в суставы крыс.
Попав в организм, эти частицы связываются с хрящом, и лимфатический дренаж не может их удалить. Оттуда они могут начать проникать в ткани.
Однако сферы не связываются постоянно, так как это будет удерживать их на поверхности хряща. Гибкий полимерный рычаг иногда покрывает заряды, позволяя молекуле двигаться и погружаться глубже в ткань.
«Мы нашли оптимальный диапазон заряда, чтобы материал мог как связывать ткань, так и расщепляться для дальнейшей диффузии, и не был настолько прочным, чтобы просто застревать на поверхности».
Ведущий автор исследования Бретт Гейгер, аспирант Массачусетского технологического института.
Когда IGF-1 попадает в хондроциты, он вызывает высвобождение протеогликанов или хрящевого материала. IGF-1 также способствует росту клеток и снижает скорость их гибели.
Расширение терапевтического окна
Исследователи вводили эту гибридную молекулу в суставы крыс. Его период полураспада составлял 4 дня (время, необходимое для того, чтобы лекарство уменьшилось до половины его первоначального объема), что примерно в 10 раз дольше, чем когда ученые вводят только IGF-1. Важно отметить, что его терапевтический эффект длился 30 дней.
По сравнению с крысами, которые не получали лекарство, у тех, которые его получали, наблюдались меньшие повреждения суставов. Также произошло значительное уменьшение воспаления.
Конечно, хрящ крысы намного тоньше человеческого; их толщина составляет около 100 микрометров, а у человека - около 1 миллиметра.
В отдельном эксперименте ученые доказали, что эти молекулы способны проникать на такую толщину, которая подходит для человеческого пациента.
Это только первая фаза исследования использования этих молекул для доставки лекарств в хрящи. Команда планирует продолжить в том же направлении и изучать другие химические вещества, в том числе препараты, блокирующие воспалительные цитокины и нуклеиновые кислоты, включая ДНК и РНК.
Исследование появляется вместе с редакционной статьей об использовании нанотехнологий в исследованиях остеоартрита. Автор, Кристофер Х. Эванс, пишет:
«Это очень обнадеживающие данные. […] [T] нет другой системы доставки лекарств, которая могла бы оказывать устойчивое влияние на метаболизм хондроцитов in situ по всей толщине суставного хряща ».
Хотя новый метод находится в зачаточном состоянии, этот подход может в конечном итоге означать, что врачи смогут значительно замедлить течение остеоартрита с помощью инъекций каждые две недели или ежемесячно.
