Новая наночастица, разработанная исследователями из Мичиганского университета, может стать ключом к целевой терапии сердечной аритмии, состояния, при котором сердце бьется хаотично и может привести к сердечному приступу и инсульту.
Болезнь поражает более 4 миллионов американцев и вызывает более 750 000 госпитализаций и 130 000 смертей в год в США.S. в одиночестве.
В новом лечении используются нанотехнологии для точного нацеливания и разрушения клеток в сердце, вызывающих сердечную аритмию. В исследованиях, проведенных на грызунах и овцах, команда U-M обнаружила, что лечение успешно убивает клетки, вызывающие сердечную аритмию, оставляя окружающие клетки невредимыми. Их результаты подробно описаны в новом исследовании, опубликованном в журнале Science Translational Medicine.
Сердечная аритмия вызывается сбоями в работе определенного типа клеток сердечной мышцы, которые обычно помогают регулировать сердцебиение. Сегодня болезнь обычно лечится препаратами, которые могут иметь серьезные побочные эффекты. Его также можно лечить с помощью процедуры, называемой аблацией сердца, которая сжигает неисправные клетки с помощью мощного лазера, который вводится в сердце через катетер. Лазер также повреждает окружающие клетки, что может вызвать повреждение артерий и другие серьезные проблемы.
Команда U-M во главе с доктором. Жером Калифа, кардиолог и доцент кафедры внутренних болезней, и Рауль Копельман, заслуженный профессор химии, физики и прикладной физики Ричарда Смолли, поставили цель нацелить и уничтожить клетки с помощью гораздо более точной техники, использующей красный свет низкого уровня. освещение вместо мощного лазера.
Этот метод, широко используемый сегодня для лечения рака, требует, чтобы врачи помечали нежелательные клетки химическим веществом, которое делает их чувствительными к низкоуровневому красному свету. Затем красный свет уничтожает отмеченные клетки, оставляя при этом окружающие ткани невредимыми.
"Самое замечательное в этом лечении то, что оно проводится с точностью до уровня отдельных клеток," Копельман сказал. "Наркотики распространяются по всему телу, а мощные лазеры обугливают ткани сердца. Это лечение намного проще и безопаснее."
Основная проблема адаптации терапии к клеткам сердца заключалась в разработке наночастицы, достаточно маленькой, чтобы проникать в крошечные поры внутри сердечных капилляров, но достаточно большой, чтобы нести химическую нагрузку, необходимую для выполнения этой работы.
"В нашей работе с раком мы использовали наночастицы размером около 120 нанометров," Копельман сказал. "Чтобы работать внутри сердца, нам нужно было разработать частицу, которая выполняла бы ту же работу, но имела размер всего шесть нанометров."
Невероятно крошечная даже по стандартам нанотехнологий, частица должна была содержать в себе химическое вещество, чувствительное к свету, аминокислоту, которая заставляет ее поглощаться только определенным типом клеток сердечной мышцы, и естественное химическое покрытие, замаскированное от иммунной системы.
В конечном итоге команда Копельмана, в том числе постдокторант Х.K. Юн и докторант Чанг Ли разработали и синтезировали звездообразную частицу из полиэтиленгликоля – широко используемого материала, одобренного FDA. Частица имеет восемь наноразмерных щупалец, предлагающих множество точек для прикрепления химикатов, необходимых для процесса. Частица была протестирована Умой Махеш Редди Авула, специалистом исследовательской лаборатории по внутренним болезням.
"Эта клеточно-селективная терапия может представлять собой инновационную концепцию для преодоления некоторых текущих ограничений сердечной абляции," Авула сказал.
Команда протестировала лечение, которое доставляет фотосенсибилизирующее химическое вещество (сделанное из водорослей) к клеткам-мишеням путем инъекции наночастиц, содержащих как химическое вещество, так и пептид на основе аминокислот, который заставляет наночастицы поглощаться только целевыми клетками. Затем красный свет доставляется в эту область с помощью процедуры, аналогичной сегодняшней абляции сердца. Низкоуровневый свет разрушает только клетки, которые поглотили наночастицы, оставляя другие клетки сердца невредимыми.
Воодушевленные эффективностью этой методики в исследованиях на животных, Калифа и Копельман считают, что следующим шагом будет начало испытаний этой технологии на людях. Команда также работает над разработкой метода производства большего количества наночастиц в соответствии со стандартами фармацевтического уровня. Хотя широко доступное лечение, основанное на этой технологии, вероятно, появится не ранее чем через пять лет, Копельман надеется, что он найдет свой путь к повсеместному использованию.
Статья называется "Клеточно-селективная абляция аритмии для фотомодуляции сердечного ритма." Финансирование было предоставлено Национальным институтом сердца, легких и крови. Университет добивается патентной защиты интеллектуальной собственности.