Czy nanotechnologia może spowolnić postęp choroby zwyrodnieniowej stawów?
Nadal nie ma lekarstwa na chorobę zwyrodnieniową stawów. Jednak jedno innowacyjne podejście nanotechnologiczne może pomóc we wprowadzeniu środków terapeutycznych głębiej do chorej chrząstki i dłużej pozostać aktywnymi.
Choroba zwyrodnieniowa stawów, przeważnie związana ze starszymi dorosłymi, jest stanem wyniszczającym.
Choroba zwyrodnieniowa stawów, wpływając na chrząstkę stawów ciała, dotyka około 26 milionów ludzi w Stanach Zjednoczonych.
Czasami stan zaczyna się od urazu lub uszkodzenia stawu związanego z chorobą.
W innych przypadkach jest to spowodowane zużyciem spowodowanym wieloletnim użytkowaniem.
We wszystkich przypadkach nie ma obecnie możliwości zatrzymania jego postępu. W obecnej postaci jedynymi dostępnymi opcjami są leki łagodzące ból towarzyszący.
W miarę jak populacja staje się coraz starsza i cięższa - oba czynniki ryzyka choroby zwyrodnieniowej stawów - staje się jeszcze większym problemem.
Ponadto, ponieważ głównym objawem jest ból, choroba zwyrodnieniowa stawów przyczynia się do kryzysu związanego z uzależnieniem od opioidów. Znalezienie innowacyjnych sposobów wtrącenia się w dalszy marsz tej choroby jest pilniejsze niż kiedykolwiek.
Problem dostarczania leków
Niedawno zaangażowali się naukowcy z Massachusetts Institute of Technology (MIT) w Cambridge. Badali sposoby wykorzystania nanotechnologii do ulepszania eksperymentalnych leków przeciwko chorobie zwyrodnieniowej stawów.
Opublikowali swoje ustalenia w czasopiśmie Medycyna translacyjna wcześniej w tym tygodniu.
Przez lata naukowcy opracowali szeroką gamę chemikaliów przeciwko chorobie zwyrodnieniowej stawów. Niektóre okazały się obiecujące w modelach zwierzęcych, ale jak dotąd żaden nie okazał się przydatny u ludzi.
Autorzy nowego badania uważają, że „[m] którekolwiek z tych niedociągnięć wynikają z nieodpowiedniego dostarczania leków”.
Dzieje się tak z dwóch głównych powodów. Po pierwsze, stawy nie mają dopływu krwi, co oznacza, że specjaliści muszą sami wstrzykiwać leki bezpośrednio do stawów. Po drugie, drenaż limfatyczny ma tendencję do szybkiego usuwania związków wstrzykniętych do stawów.
Aby pokonać tę przeszkodę, naukowcy skupili się na zaprojektowaniu sposobu dostarczania i utrzymywania leków w stawie przez dłuższy czas, jednocześnie nurkując głębiej w chrząstkę, tym samym przyjmując leki bezpośrednio do komórek, gdzie jest to potrzebne.
Lekiem, na którym się skupili, był insulinopodobny czynnik wzrostu 1 (IGF-1), związek, który okazał się obiecujący w niektórych badaniach klinicznych. Ten czynnik wzrostu sprzyja wzrostowi i przeżyciu chondrocytów, które są komórkami tworzącymi zdrową chrząstkę.
Małe kule
Naukowcy zaprojektowali nanoskalową sferyczną cząsteczkę jako nośnik IGF-1. Cząsteczka składa się z wielu gałęzi zwanych dendrymerami, które wychodzą z centralnego rdzenia.
Każda gałąź kończy się dodatnio naładowanym regionem, który jest przyciągany przez ładunek ujemny na powierzchni chondrocytów.
Cząsteczki zawierają również wahliwe ramię polimerowe, które zakrywa i okresowo neutralizuje dodatnie ładunki. Naukowcy przyczepili cząsteczki IGF-1 do powierzchni tej kuli i wstrzyknęli związek do stawów szczurów.
Gdy te cząsteczki znajdą się w organizmie, wiążą się z chrząstką i drenaż limfatyczny nie może ich usunąć. Stamtąd mogą zacząć dyfundować do tkanki.
Jednak kulki nie łączą się trwale, ponieważ utrzymywałyby je zablokowane na powierzchni chrząstki. Elastyczne ramię polimerowe od czasu do czasu zakrywa ładunki, pozwalając cząsteczce poruszać się i zanurzać głębiej w tkance.
„Znaleźliśmy optymalny zakres ładunków, dzięki czemu materiał może zarówno wiązać tkankę, jak i rozplątywać w celu dalszej dyfuzji, i nie być tak mocny, aby po prostu utknął na powierzchni”.
Główny autor badania Brett Geiger, absolwent MIT
Gdy IGF-1 jest wprowadzany do chondrocytów, indukuje uwalnianie proteoglikanów, czyli surowca chrząstki. IGF-1 pobudza również wzrost komórek i zmniejsza tempo śmierci komórek.
Rozszerzenie okna terapeutycznego
Naukowcy wstrzyknęli tę hybrydową cząsteczkę do stawów szczurów. Jego okres półtrwania wynosił 4 dni (czas, w którym lek zmniejszył się do połowy swojej początkowej objętości), czyli około 10 razy dłużej niż wtedy, gdy naukowcy wstrzykują sam IGF-1. Co ważne, jej działanie terapeutyczne utrzymywało się przez 30 dni.
W porównaniu ze szczurami, które nie otrzymały leku, te, które go doświadczyły, zauważyły zmniejszone uszkodzenie stawów. Nastąpiło również znaczne zmniejszenie stanu zapalnego.
Oczywiście chrząstka szczurów jest znacznie cieńsza niż u ludzi; ich grubość wynosi około 100 mikrometrów, podczas gdy grubość człowieka jest bliższa 1 milimetrowi.
W oddzielnym eksperymencie naukowcy udowodnili, że cząsteczki te są w stanie penetrować do grubości odpowiedniej dla ludzkiego pacjenta.
To dopiero pierwsza faza badań nad zastosowaniem tych cząsteczek do dostarczania leków do chrząstki. Zespół planuje kontynuować te same działania i badać inne chemikalia, w tym leki blokujące cytokiny zapalne i kwasy nukleinowe, w tym DNA i RNA.
Badanie ukazuje się obok artykułu redakcyjnego na temat wykorzystania nanotechnologii w badaniach nad chorobą zwyrodnieniową stawów. Autor, Christopher H. Evans, pisze:
„To są bardzo obiecujące dane. […] [T] tutaj nie ma innego systemu dostarczania leku, który mógłby wpływać na metabolizm chondrocytów in situ na całej grubości chrząstki stawowej w sposób trwały. ”
Chociaż nowa metoda jest w powijakach, to podejście może ostatecznie oznaczać, że lekarze mogą znacznie spowolnić przebieg choroby zwyrodnieniowej stawów wstrzyknięciami co dwa tygodnie lub co miesiąc.
