Kan nanoteknik bromsa utvecklingen av artros?
Det finns fortfarande inget botemedel mot artros. En innovativ nanoteknisk metod kan dock hjälpa till att skicka terapeutiska medel djupare in i det drabbade brosket och förbli aktiva längre.
Övervägande ett tillstånd associerat med äldre vuxna är artros ett försvagande tillstånd.
Påverkan av brosk i kroppens leder påverkar artros uppskattningsvis 26 miljoner människor i USA.
Ibland börjar tillståndet med en skada eller sjukdomsrelaterad skada på leden.
Vid andra tillfällen beror det på slitage som orsakats av många års användning.
I alla fall finns det för närvarande inget sätt att stoppa dess utveckling. Som det ser ut är de enda alternativen läkemedel för att lindra den därmed sammanhängande smärtan.
När befolkningen blir alltmer äldre och tyngre - båda riskfaktorerna för artros - blir det ett ännu större problem.
Dessutom, eftersom smärta är det dominerande symptomet, bidrar artros till opioidberoende krisen. Att hitta innovativa sätt att interagera i denna sjukdoms fortsatta mars är mer pressande än någonsin.
Problemet med läkemedelsleverans
Nyligen engagerade forskare från Massachusetts Institute of Technology (MIT) i Cambridge. De undersökte sätt att använda nanoteknik för att förbättra experimentella läkemedel mot artros.
De publicerade sina resultat i tidskriften Translationsmedicin tidigare i veckan.
Under årens lopp har forskare tagit fram ett brett utbud av kemikalier mot artros. Vissa har visat löfte i djurmodeller, men hittills har inga visat sig vara användbara för mänskliga patienter.
Författarna till den nya studien tror att "[m] någon av dessa brister är rotad i otillräcklig läkemedelsleverans."
Detta beror på två huvudskäl. För det första har lederna brist på blodtillförsel, vilket innebär att specialister måste injicera droger direkt i lederna själva. För det andra tenderar lymfatisk dränering att snabbt avlägsna föreningar som injiceras i lederna.
För att övervinna detta hinder fokuserade forskarna på att utforma ett sätt att leverera och hålla droger i leden under en längre tid samtidigt som de dyker djupare in i brosk och därmed tar medicin direkt till cellerna där det behövs.
Läkemedlet de fokuserade på var insulinliknande tillväxtfaktor 1 (IGF-1), en förening som har visat sig lovande i vissa kliniska prövningar. Denna tillväxtfaktor främjar tillväxt och överlevnad av kondrocyter, som är cellerna som utgör hälsosam brosk.
Små kulor
Forskarna designade en nanoskala sfärisk molekyl som bärare för IGF-1. Molekylen består av många grenar, kallade dendrimerer, som härrör från en central kärna.
Varje gren slutar med ett positivt laddat område som lockas till den negativa laddningen på ytan av kondrocyter.
Molekylerna inkluderar också en svängande polymerarm som täcker upp och intermittent neutraliserar de positiva laddningarna. Forskarna fäste IGF-1-molekyler på ytan av denna sfär och injicerade föreningen i lederna på råttor.
När dessa partiklar är i kroppen binder de till brosk och lymfatisk dränering kan inte ta bort dem. Därifrån kan de börja diffundera in i vävnaden.
Sfärerna binder emellertid inte permanent, eftersom detta skulle hålla dem låsta på ytan av brosket. Den flexibla polymerarmen täcker ibland laddningarna, så att molekylen kan röra sig och sänka sig djupare in i vävnaden.
"Vi hittade ett optimalt laddningsintervall så att materialet både kan binda vävnaden och bindas upp för ytterligare diffusion och inte vara så starkt att det bara fastnar vid ytan."
Ledande studieförfattare Brett Geiger, en MIT-doktorand
När IGF-1 introduceras i kondrocyterna inducerar det frisättningen av proteoglykaner, eller råmaterialet i brosk. IGF-1 uppmuntrar också celltillväxt och minskar celldödshastigheten.
Utöka det terapeutiska fönstret
Forskarna injicerade denna hybridmolekyl i råttans leder. Det hade en halveringstid på 4 dagar (den tid det tar för läkemedlet att minska till hälften av dess ursprungliga volym), vilket är ungefär tio gånger längre än när forskare injicerar IGF-1 ensam. Viktigt är att dess terapeutiska effekt varade i 30 dagar.
Jämfört med råttor som inte fick läkemedlet minskade de som såg minskade ledskador. Det var också en signifikant minskning av inflammation.
Naturligtvis är råttbrosk mycket tunnare än hos människor; deras är cirka 100 mikrometer tjocka, medan en människas är närmare 1 millimeter.
I ett separat experiment bevisade forskarna att dessa molekyler kunde tränga in i en tjocklek som skulle vara relevant för en mänsklig patient.
Detta är bara den första fasen av forskning som undersöker användningen av dessa molekyler för att leverera läkemedel i brosk. Teamet planerar att fortsätta i samma riktning och studera andra kemikalier, inklusive läkemedel som blockerar inflammatoriska cytokiner och nukleinsyror inklusive DNA och RNA.
Studien visas tillsammans med en ledare om användningen av nanoteknik vid artrosforskning. Författaren Christopher H. Evans skriver:
”Det här är mycket uppmuntrande data. [...] [T] här finns inget annat läkemedelsleveranssystem som kan påverka metabolismen av kondrocyter in situ genom hela tjockleken av ledbrosk på ett ihållande sätt. ”
Även om den nya metoden är i sin linda, kan det här tillvägagångssättet så småningom innebära att läkare kan sakta sakta ner på artros med injektioner varannan vecka eller månad.
