Natuurlijk afgeleide nanodeeltjes tonen belofte tegen cardiovasculaire en nierziekte

Cardiovasculaire aandoeningen en nierziekten zijn twee van de meest urgente kwesties in de wereldwijde volksgezondheid. Alleen al in de Verenigde Staten melden de Amerikaanse Centers for Disease Control and Prevention dat meer dan één op de zeven volwassenen wordt getroffen door chronische nierziekte, terwijl hart- en vaatziekten de belangrijkste doodsoorzaak blijven.

Biomedische ingenieurs aan de USC Viterbi School of Engineering hebben nu een natuurlijk afgeleid nanodeeltje vrijgelaten dat is vrijgelaten uit menselijke cellen om een ​​krachtig nieuw gentherapiebewapen te ontwikkelen tegen cardiovasculaire en nierziekte en vele andere potentiële therapeutische toepassingen.

Het cardiovasculaire onderzoek is gepubliceerd in Geavanceerde gezondheidszorgmaterialen,, Terwijl het nierziekte-gerichte werk te zien is in Biomaterialen.

Het laatste onderzoek komt van het laboratorium van Eun Ji Chung, de Dr. Karl Jacob Jr. en Karl Jacob III vroege carrière -voorzitter en universitair docent biomedische engineering, chemische engineering en materiaalwetenschappen. Het Chung Lab voert baanbrekend onderzoek uit in medicijnafgifte en gentherapie, nanomedicine en biomaterialen.

Het lab heeft een uitgebreide achtergrond in onderzoek met betrekking tot het ontwerp en de toepassing van zelfassemblerende synthetische nanodeeltjes voor gerichte medicijnafgifte en behandelingen van ziekten zoals kanker, cardiovasculaire en nierziekte.

Het lab richt zich nu op nieuwe toepassingen van natuurlijk afgeleide versies van deze nanodeeltjes, extracellulaire blaasjes (EV’s) genoemd. Deze EV’s zijn membraneuze structuren die uit onze cellen worden vrijgegeven. Deze niet-synthetische deeltjes die genetisch zijn ontworpen om hun therapeutische voordelen te verbeteren, bieden het potentieel voor krachtige nieuwe precisiegeneesmiddelen die goed worden verdragen door patiënten.

“Onze cellen produceren natuurlijk deze natuurlijke nanodeeltjes die extracellulaire blaasjes worden genoemd,” zei Chung. “Dus we hebben de cel genetisch gemanipuleerd om die EV’s op een meer therapeutische manier te produceren dan wat ze normaal zouden afscheiden.”

Een volgende generatie behandeling voor hartaandoeningen die piggybacks piggybacks op het eigen cel-cel toedieningssysteem van het menselijk lichaam

Atherosclerose is een veel voorkomende ontstekingsziekte van het cardiovasculaire systeem. Het zorgt ervoor dat plaque zich ophoopt en scheurt in de slagaders, wat kan leiden tot hartaanvallen en beroertes. Volgens de National Institutes of Health hebben ongeveer 50% van de Amerikanen tussen de leeftijd van 45 en 84 atherosclerose en weet het niet.

Wanneer atherosclerose optreedt in kransslagaders, kunnen blokkades als gevolg van plaque of verkalking-geïnduceerde breuken leiden tot een stolsel, waardoor de bloedstroom naar het hart wordt afgesneden, wat de oorzaak is van de meeste hartaanvallen.

Chung en haar team hebben een sterke track record die nanomedicine-benaderingen van atherosclerose ontwikkelt, als een alternatief voor huidige behandelingen, die gericht zijn op het verlagen van lipoproteïne-cholesterol met lage dichtheid met behulp van statines, een groep medicijnen die het enzym remmen dat helpt cholesterol te produceren.

Het eerdere werk van het laboratorium is gericht op het ontwikkelen van ontwikkelde micellen die zich kunnen richten op calcificatie in slagaders. Het team veranderde hun focus naar EV’s, die meestal door het lichaam worden geproduceerd voor cel-tot-cel signalering.

Een EV -deeltje wordt uitgescheiden door de ene cel en vervolgens door de andere opgenomen. Het is net als het intercellulaire afleveringssysteem van het lichaam – een systeem dat mogelijk kan worden benut voor therapeutische doeleinden.

“Een van de redenen waarom we geïnteresseerd raakten in EV’s is omdat het natuurlijke nanodeeltjes zijn versus de lipide nanodeeltjes en micellen die we meestal gebruiken. Die zijn synthetisch, hoewel ze biomimetische en afbreekbare componenten hebben, terwijl deze EV’s natuurlijke nanodeeltjes zijn die de cel produceert,” zei Chung.

Het platform van het onderzoeksteam maakt gebruik van de kracht van gezonde cellen, die op zijn beurt op zijn beurt gezonde deeltjes zoals RNA, eiwitten en extracellulaire blaasjes afscheiden. Chung merkte op dat de EV’s die worden uitgescheiden door gezonde cellen ook eigenschappen zullen hebben die helpen bij het bestrijden van atherosclerose.

“Maar die eigenschappen zijn laag niveau, dus we ontwikkelen de cel om het echt te stimuleren,” zei Chung. “Nu presteert wat ze afscheiden duizenden keren beter in vivo.”

De therapie -ingenieurs van het Chung Lab De EV’s om de natuurlijk voorkomende microRNA 145 te verhogen, die zich richt op vasculaire gladde spiercellen, die verantwoordelijk zijn voor de vorming van plaque in de slagaders.

“Dus onze hypothese was, vooral voor chronische ziekten zoals atherosclerose, in plaats van patiënten met synthetische nanodeeltjes te doseren, als we ze gewoon doseren met natuurlijke nanodeeltjes, zou dat op de lange termijn niet veiliger zijn?” Zei Chung.

“Omdat deze patiënten de rest van hun leven worden gedoseerd met therapieën – dat was in het begin de impuls voor ons met behulp van de EV’s. Omdat deze EV’s aangeboren en natuurlijk zijn, hebben ze het vermogen om door andere cellen te worden opgenomen.”

In een head-to-head vergelijkingsexperiment tussen de Engineered EV’s van het Chung Lab en synthetische nanodeeltjes, ontdekte het onderzoeksteam dat de EV’s effectiever waren in het verminderen van plaque-vorming.

“We hebben een dosiswedstrijd gedaan en de EV’s hebben een veel betere potentie. Dus niet alleen zijn ze natuurlijk, maar iets aan hun eigenschappen stelt hen in staat om in de cel in grotere mate in te gaan,” zei Chung.

Een nieuwe EV -toolbox om de nierziekte aan te pakken

Chronische nierziekte (CKD) is een wijdverbreid gezondheidsprobleem dat wereldwijd bijna 600 miljoen mensen treft, vaak gekenmerkt door een langzame daling van de nierfunctie.

Het Chung -lab heeft nieuwe behandelingen voor nierziekten onderzocht met behulp van hun speciaal ontwikkelde nanodeeltjes om een ​​lading van medicijnmoleculen naar de nier te vervoeren. Het nieuwste werk van het laboratorium kijkt naar hoe EV’s in plaats daarvan kunnen worden benut als een mogelijke behandeling voor autosomale dominante polycystische nierziekte (ADPKD),

ADPKD is een gemeenschappelijke geërfde vorm van nierziekte. Het wordt veroorzaakt door fouten in specifieke genen (PKD1 of PKD2), wat leidt tot talloze cysten die in de nieren groeien, wat uiteindelijk nierfalen kan veroorzaken.

Huidige behandelingen voor ADPKD bieden beperkte hulp. Geneesmiddelen zoals Tolvaptan richten zich niet rechtstreeks op de nieren en lost het onderliggende genetische probleem niet op – de defecte eiwitten die deze genen produceren. Ze vertragen de ziekte vaak enigszins, kunnen opmerkelijke bijwerkingen hebben en voorkomen de uiteindelijke behoefte aan dialyse of transplantatie voor veel patiënten niet.

Chung en haar team onderzoeken nu een veilige en effectieve behandeling door urine -EV’s te gebruiken die zijn uitgescheiden uit gezonde niercellen die functionele eiwitten bevatten die ontbreken in de EV’s van ADPKD -patiënten.

“Bij genetische nierziekten zoals ADPKD hebben patiënten een bepaalde gemuteerde versie van een gen, en dat geeft geen eiwit of een disfunctioneel eiwit. Maar als je de EV’s van een gezonde donor krijgt, zitten die EV’s geladen met de normale versie van het eiwit,” zei Chung.

In muisstudies toonde het team met succes aan dat minder ziekte plaatsvond en werd de ontwikkeling van cyste aanzienlijk vertraagd toen gezonde urine -EV’s werden benut om hun functionele eiwitadvracht rechtstreeks aan de zieke niercellen te leveren. Bovendien veroorzaakte de behandeling geen nadelige effecten, zelfs na herhaalde doses.

Chung zei dat het nieuwste werk dat zowel nierziekte als atherosclerose richtte, aantoonde dat EV’s veel belofte inhouden als een aanpasbaar, natuurlijk afgeleid therapeutisch hulpmiddel om mogelijk een breed scala aan aandoeningen te behandelen.

“Ik heb het gevoel dat EV’s echt de volgende golf van nanotherapeutica zijn, zoals gentherapie, eiwitherapie en celtherapie. Hoewel ons lab nog steeds werkt op synthetische nanodeeltjes, is ongeveer 50% van onze werklast nu in EV -engineering, en al dat werk komt uit,”, zei Chung.