Trecerea medicamentelor peste bariera hematoencefalică folosind nanoparticule

02 martie 2023 (Știri Nanowerk) Tumorile cerebrale sunt notoriu greu de tratat. Un motiv este provocarea reprezentată de bariera hematoencefalică, o rețea de vase de sânge și țesut cu celule strâns distanțate. Bariera formează un sigiliu strâns pentru a proteja creierul de substanțele nocive, dar împiedică și majoritatea medicamentelor să ajungă la țesutul creierului. Acest lucru limitează sever terapiile care pot fi utilizate pentru tumorile cerebrale. Acum, o echipă Memorial Sloan Kettering Cancer Center (MSK) condusă de inginer biomedical Daniel Heller, PhD, în colaborare cu Praveen Raju, MD, PhD, neurolog pediatru la Centrul Medical Mount Sinai, ar fi găsit o modalitate de a transporta medicamente care traversează bariera hemato-encefalică folosind nanoparticule – obiecte minuscule cu diametre de o miime față de părul uman. Cercetătorii au arătat că această abordare ar putea funcționa în modelele de șoarece de meduloblastom, cea mai frecventă tumoare malignă (canceroasă) a creierului pediatric. Aici, Dr. Heller explică modul în care această metodă, raportată în Materiale Natura („Țintirea P-selectinei stimulează transcitoza endotelială mediată de Caveolin-1 în meduloblastom”), ar putea îmbunătăți tratamentul pentru meduloblastom, alte tumori cerebrale și alte boli ale creierului.

Cum sunt utilizate nanoparticulele pentru a viza tumorile peste bariera hematoencefalică?

În 2016, laboratorul meu a descoperit că o proteină numită P-selectină este o țintă deosebit de bună asupra vaselor de sânge canceroase pentru direcționarea nanoparticulelor, încărcate cu medicamente, către tumori. P-selectina este abundentă în vasele de sânge care hrănesc tumorile. Am găsit o substanță care are o afinitate naturală pentru P-selectină. Se numește fucoidan, o polizaharidă (un lanț de molecule de zahăr) care este disponibilă pe scară largă și extrasă din algele brune din Marea Japoniei. Fucoidanul se leagă de P-selectină. În studiul din 2016, am umplut nanoparticule de fucoidan cu diferite medicamente pentru cancer și am arătat că nanoparticulele s-au atașat selectiv la locurile de cancer, inclusiv tumorile metastatice în plămânii șoarecilor. Acest lucru a arătat promisiunea de a viza P-selectina pentru a trata cancerul.

Cum țintirea P-selectinei duce medicamentele peste bariera hemato-encefalică?

Vasele de sânge din bariera hemato-encefalică sunt căptușite cu un strat de celule care sunt împachetate foarte aproape unul de altul. Am descoperit că atunci când nanoparticulele se leagă de P-selectină, aceasta declanșează un proces numit transcitoză, un mecanism care transportă o particulă peste celulele care căptușesc peretele vaselor de sânge. Acest lucru permite ca ceva din interiorul vasului de sânge să treacă prin peretele vasului pentru a ajunge la țesutul cerebral din jur. Am descoperit că putem exploata acest mecanism natural pentru a trece nanoparticulele încărcate cu medicamente peste bariera hemato-encefalică, ceea ce a fost foarte dificil de realizat. Acesta ar putea fi un pas important în îmbunătățirea tratamentului tumorilor cerebrale și a altor boli ale creierului. Oamenii au încercat diferite moduri de a perturba bariera, cum ar fi utilizarea ultrasunetelor pentru a face găuri mici. Din multe motive care sunt probabil evidente, aceste metode prezintă riscuri. Dar acum s-ar putea să avem o modalitate de a ocoli unele dintre aceste riscuri.

Cum ați ajuns să testați această abordare pe meduloblastom?

Un coleg de oncologie pediatrică care lucra în laboratorul nostru, Hiro Kiguchi, MD, studia utilizarea acestor nanoparticule pentru cancerele pediatrice. El a prezentat munca noastră oamenilor de știință și medicilor din departamentul de pediatrie al MSK, iar Praveen, care lucra aici la Memorial Sloan Kettering și Weill Cornell Medicine la acea vreme, a întrebat: „Ați putea trece aceste nanoparticule peste bariera hemato-encefalică?” Eram sceptic pentru că, deși nanoparticulele sunt mici, tot sunt mai mari decât medicamentele sau proteinele, iar bariera este atât de strânsă. Dar s-a dovedit că Praveen a dezvoltat un model de șoarece pentru meduloblastom. Acest lucru a fost ideal pentru testarea tehnologiei noastre, deoarece bariera hemato-encefalică este intactă în acest model, spre deosebire de multe alte modele de tumori cerebrale, care au bariere neetanșe. Am colaborat cu Praveen, care este un autor corespondent al studiului, pentru a pune această abordare cu nanoparticule la cel mai greu test.

Cum ați demonstrat că nanoparticulele pot ajunge la meduloblastomul la șoareci?

Am încărcat nanoparticulele cu un medicament numit vismodegib, care vizează calea de semnalizare Sonic hedgehog. Proteinele Sonic Hedgehog joacă un rol important în promovarea cancerului. Vismodegib a fost deja aprobat pentru tratarea carcinomului bazocelular, cel mai frecvent cancer de piele, iar medicamentul a fost testat pentru meduloblastom și alte tipuri de cancer cauzate de proteinele Sonic hedgehog. Cu toate acestea, acest medicament a dus la efecte secundare semnificative legate de os atunci când a fost încercat la pacienții pediatrici cu meduloblastom. Am descoperit că acest efect secundar nu apare atunci când punem medicamentul în nanoparticule. Am injectat nanoparticule încărcate cu vismodegib în vena coadă a modelelor de șoarece meduloblastom și l-am lăsat să circule pentru a vedea dacă a trecut prin barieră. Folosind imagini speciale, am putea vedea particulele care se acumulează la locul tumorilor meduloblastom, unde P-selectina este proeminentă, și nu în regiunile normale ale creierului sau în alte părți ale corpului. Daniel Tylawsky, doctorand în laboratorul nostru, a descoperit că particulele care vizează P-selectina folosesc calea de transport transcitoză pentru a traversa vasele de sânge pentru a ajunge la tumori.

Utilizarea radiațiilor pentru a crește nivelurile de P-selectină

O cheie pentru eficientizarea acestui tratament este utilizarea radiațiilor, care este o terapie standard atât pentru copii, cât și pentru adulți cu tumori cerebrale. Radioterapia crește nivelul de P-selectină în tumori. Aceasta înseamnă că putem direcționa radiația pentru a da nanoparticulelor mai multă P-selectină de care să se apuce în tumoare, astfel încât mai multe nanoparticule și încărcătura lor de droguri vor ajunge acolo. În cazul meduloblastomului, am putea administra radioterapia în locația specifică din creier înainte de a injecta medicamentul în venă. Există multe cazuri în care nu dorim ca medicamentele să ajungă în alte părți ale creierului, chiar dacă le trecem peste bariera, așa că utilizarea radiațiilor ne permite să concentrăm un medicament spre zona țintă.

Ce urmează pentru tratarea bolilor dincolo de bariera hematoencefalică?

1. Testează tehnologia în oameni. Știm că fucoidan este sigur. Îl puteți cumpăra de la un magazin de produse naturiste, iar unii oameni susțin că întărește funcția imunitară și reduce inflamația. Terapia fucoidan pe bază de nanoparticule nu ar înlocui neapărat intervenția chirurgicală, care este încă tratamentul standard pentru meduloblastom. Dar ar putea îmbunătăți eficacitatea multor clase de medicamente împotriva cancerului pentru a preveni revenirea cancerului, ar putea permite utilizarea unor doze mai mici de radioterapie la creier și, de asemenea, pentru a reduce multe efecte secundare ale medicamentelor. 2. Folosiți terapii în cancerele cerebrale care nu au mai fost încercate până acum. În prezent, puținele medicamente utilizate pentru tratarea tumorilor cerebrale sunt cele care trec prin bariera hemato-encefalică. Dar acum, este posibil să avem o gamă mult mai largă de medicamente care pot ajunge eficient la tumorile cerebrale. Din studiile noastre de până acum, se pare că nu contează ce medicament puneți în interiorul particulei; îl putem trece peste barieră. 3. Tratați alte tipuri de cancer la creier, metastaze cerebrale și boli ale creierului.
Deși această abordare ar putea fi utilizată mai întâi împotriva meduloblastomului, are aplicații potențiale mai largi. Majoritatea tumorilor cerebrale apar la adulți, așa că dacă terapia funcționează împotriva altor afecțiuni maligne ale creierului, inclusiv glioblastomul sau metastazele cerebrale, ar putea aduce beneficii multor oameni. De asemenea, am putea folosi abordarea pentru a furniza medicamente pentru a trata bolile creierului necanceroase.

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• Sursa: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62489.php