Нанопузырьки совместно с ультразвуком лечат остеопороз
Нанопузырьки совместно с ультразвуком лечат остеопороз
Ученые из Университета Центральной Флориды создали уникальную технологию лечения остеопороза, которая использует реагирующие на ультразвук нанопузырьки для доставки лекарственных средств в целевые участки тела человека. Новая разработка была создана Mehdi Razavi, доцентом Медицинского колледжа Калифорнийского университета, и Angela Shar, студенткой биомедицинских наук Калифорнийского университета из лаборатории биоматериалов и наномедицины.Mehdi Razavi
Недооцененная опасность
Остеопороз — это заболевание, характеризующееся дисбалансом между способностью организма формировать новую костную ткань и разрушать старую. По данным Фонда здоровья костей и остеопороза (BHOF), каждая вторая женщина и каждый четвертый мужчина в возрасте 50+ лет ломают кости из-за остеопороза. Кроме того, эксперты прогнозируют, что к 2025 году остеопороз будет вызывать около 3 миллионов переломов и ежегодно обходиться мировому бюджету в 25,3 миллиарда долларов.
«Здоровый организм заменяет старую или поврежденную костную ткань с постоянной скоростью, чтобы обеспечить хорошее качество и массу кости. Но когда скорость резорбции кости становится выше, чем скорость образования кости, это приводит к остеопорозу, то есть системному заболеванию костной системы», — отметил Razavi.
Чем новое средство превосходит старые методы?
Традиционные методы лечения остеопороза, например, бисфосфонаты для ингибирования резорбции кости, связаны с побочными реакциями, такими как остеонекроз (гибель костных клеток в каком-либо участке костной ткани) и нежелательные явления со стороны желудочно-кишечного тракта. Новый подход позволяет избегать подобные побочные эффекты.
Как это работает?
Изобретение состоит из чувствительных к ультразвуку нанопузырьков, которые высокоточно воздействуют на целевые участки тела человека. «Существует множество наноплатформ для лечения остеопороза. Но преимущество чувствительных к ультразвуку нанопузырьков заключается в том, что под действием ультразвука они прицельно разрушаются в нужном месте и, тем самым, доставляют необходимые генетические конструкции. Причем ультразвук уже сам по себе может способствовать образованию костной ткани», — говорит Razavi.
Нанопузырьки несут связанный с остеопорозом нокаутирующий или сайлесинговый (подавляющий) ген, а также малую интерферирующую рибонуклеиновую кислоту катепсина К (миРНК CTSK). Нанопузырьки защищают миРНК от прямого взаимодействия с окружающей средой и нацелены на клетки остеокластов, которые являются клетками кости, экспрессирующими ген CTSK. В свою очередь, CTSK играет ключевую роль в процессе резорбции кости. В конечном счете за счет подавляющего действия миРНК происходит снижение высокой экспрессии гена CTSK и активности остеокластов.
Стоит отметить, что нанопузырьки — это не просто система доставки, она также помогает замедлить высвобождение лекарства и продлить эффект подавления генов. Каждый нанопузырек представляет собой действующее вещество, запакованное в жидкую оболочку и содержащее газовое ядро, необходимое для визуализации и отслеживания нанопузырьков.
Пузырьки проникают в костные клетки, ищут и находят гены, вызывающие остеопороз, а затем «хоронят» миРНК CTSK, которые затем образуют комплексное соединение. «Получившийся комплекс термодинамически нестабилен, что приводит к своего рода подавлению или отключению этих генов. Когда вы после этого измеряете экспрессию катепсина К, то получаете более низкие показатели экспрессии», — отметил Razavi.
Для контролируемого, последовательного высвобождения и индивидуального подхода (например, низкая интенсивность лечения для поверхностных переломов по сравнению с высокой интенсивностью для глубоких повреждений) можно изменять параметры ультразвука, включая время воздействия, интенсивность, частоту и форму волны.
Схематическое изображение технологии. Нанопузырьки состоят из альбуминовой белковой оболочки с газовым ядром из перфторуглерода (PFC), содержащим миРНК катепсина K (CTSK), которую использовали из-за ее роли в подавлении гена катепсина К, вызывающего остеопороз. Нанопузырьки функционализированы алендронатом, молекулой, которая служит биомаркером для остеокластов, нацеленных на кости.
Эффективно и безопасно
«Это технология двойного действия. С одной стороны происходит уменьшение резорбции костной ткани, а с другой — увеличение костеобразования с помощью ультразвука» — подчеркнул Razavi. «Наше изобретение — это жизнеспособная и безопасная альтернатива, которая не только лечит остеопороз, но и предотвращает его последствия», — заключил ученый.
Один метод — множество возможностей
Razavi привел и другие варианты использования изобретения. Разработку можно также использовать для лечения рака и ряда других заболеваний, таких как нейродегенеративные патологии, например, болезнь Альцгеймера. Одним из преимуществ нанопузырьков перед микропузырьками является их способность проходить через клеточную мембрану для доставки терапевтических средств. «Ультразвук может фактически открыть гематоэнцефалический барьер, чтобы облегчить миграцию нанопузырьков в нервные клетки для доставки генов», — говорит Razavi. Химиотерапевтические препараты тоже могут быть инкапсулированы в пузырьки, а затем введены в опухоли. Кроме того, поскольку нанопузырьки имеют газовое ядро, они могут доставлять кислород в ткани и облегчать процессы регенерации.
Обсудить последние новости со всеми коллегами России вы можете в чатах:
