Nanotechnologie kan worden gebruikt om lymfoedeem te behandelen

Het menselijk lichaam bestaat uit duizenden kleine lymfevaten die witte bloedcellen en eiwitten door het lichaam transporteren, als een supersnelweg van het immuunsysteem. Het is opmerkelijk efficiënt, maar als het wordt beschadigd door een verwonding of een behandeling tegen kanker, begint het hele systeem te mislukken. De resulterende vochtretentie en zwelling, lymfoedeem genaamd, is niet alleen ongemakkelijk, het is ook onomkeerbaar.

Wanneer lymfevaten falen, is hun vermogen om de vloeistof weg te pompen meestal aangetast. Onderzoekers van het Georgia Institute of Technology hebben een nieuwe behandeling ontwikkeld met behulp van nanodeeltjes die het pompen van lymfevaten kunnen herstellen. Traditioneel hebben onderzoekers in het veld geprobeerd lymfevaten terug te laten groeien, maar het herstellen van de pompwerking is een unieke benadering.

“Bij veel patiënten is de uitdaging dat de lymfevaten die nog in de patiënt aanwezig zijn niet werken. Het is dus niet zo dat je nieuwe vaten moet laten groeien die je als buisjes kunt zien, het is dat je de buisjes moet laten werk, wat voor lymfevaten betekent pompen, “zei Brandon Dixon, een professor aan de George W. Woodruff School of Mechanical Engineering. “Dat is waar onze aanpak echt anders is. Het levert een medicijn om de lymfevaten te helpen pompen met behulp van een nanodeeltje dat in de zieke vaten zelf kan wegvloeien.”

De onderzoekers publiceerden hun bevindingen, getiteld “Lymphatic-Draining Nanoparticles Deliver Bay K8644 Payload to Lymphatic Vessels and Enhance Their Pumping Function”, in Wetenschappelijke vooruitgang in februari.

Het voordeel van nanotechnologie voor medicijnafgifte

Het medicijn dat de onderzoekers gebruikten, S-(-)-Bay K8644 of BayK, richt zich normaal gesproken op L-type calciumkanalen die ervoor zorgen dat de skelet-, hart- en endocriene spieren samentrekken. In feite zou de toepassing van BayK door het hele lichaam leiden tot convulsies en spasmen.

Door gebruik te maken van nanodeeltjes die zijn ontworpen om na injectie in de lymfevaten af ​​te voeren, wordt het medicijn alleen in de lymfevaten geconcentreerd, waardoor de injectieplaats wordt leeggemaakt. Als gevolg hiervan is het medicijn in een lokaal hoge dosis beschikbaar in lymfevaten. Wanneer lymfe uiteindelijk in de bloedsomloop wordt teruggevoerd, wordt het in het bloed zo verdund dat het geen invloed heeft op andere systemen in het lichaam, waardoor het medicijn voor lymfoedeemtoepassingen zowel gericht als veilig is.

“Lymfatische weefsels werken als rivierbekkens – regionaal heb je vaten die de vloeistof uit je weefsels afvoeren”, zegt Susan Thomas, Woodruff Associate Professor of Mechanical Engineering aan het Parker H. Petit Institute for Bioengineering and Bioscience. “Deze methode is als het plaatsen van nanodeeltjes in de rivier om de rivier beter te laten stromen.”

Het onderzoek is de perfecte mix van de respectievelijke expertisegebieden van Dixon en Thomas. Het laboratorium van Dixon bestudeert al jaren hoe lymfevaten functioneren in diermodellen. Thomas ontwikkelt technologieën voor medicijnafgifte met nanodeeltjes die worden ingezet in het lymfestelsel.

“Hij ontwikkelt analysetools en ziektemodellen met betrekking tot het lymfestelsel, en ik ontwikkel technologieën voor het toedienen van medicijnen die zich richten op de lymfe,” zei Thomas. “Het aanpakken van lymfoedeem als een wijdverspreide aandoening waarvoor geen effectieve therapieën bestaan, was de perfecte gelegenheid om onze sterke punten te benutten om hopelijk nieuwe strategieën te ontwikkelen om deze achtergestelde patiëntenpopulatie van dienst te zijn.”

De therapie testen

De laboratoriumteams van Dixon en Thomas testten de formulering met behulp van knaagdiermodellen. Ze brachten eerst het lymfekliersysteem van het model in kaart door een fluorescerende substantie te injecteren om te zien hoe het reisde. Vervolgens brachten ze een drukmanchet aan om te meten hoe het lymfestelsel niet functioneert als het in gevaar komt. Van daaruit evalueerden ze hoe het formuleren van BayK in een lymfedrainerend nanodeeltje de effecten van het medicijn beïnvloedde. Door het toedieningssysteem kon het medicijn in het lymfevat werken, zoals blijkt uit het toegenomen pompen van het vat en de herstelde pompdruk, en verminderde de concentratie van BayK in het bloed drastisch, wat doorgaans gepaard gaat met ongewenste bijwerkingen.

De onderzoekers breiden de formulering uit naar meer geavanceerde ziektemodellen om het dichter bij menselijke toepassing te brengen. Ze zullen ook onderzoeken hoe het kan worden gebruikt om lymfoedeem te voorkomen of te behandelen in combinatie met andere bestaande of nieuwe therapieën die nu in ontwikkeling zijn.