Positief geladen nanomaterialen behandelen obesitas waar je maar wilt

Onderzoekers werken al lang aan de behandeling van obesitas, een ernstige aandoening die kan leiden tot hypertensie, diabetes, chronische ontstekingen en hart- en vaatziekten. Studies hebben ook een sterke correlatie tussen zwaarlijvigheid en kanker aangetoond. Recente gegevens tonen aan dat roken, alcoholgebruik en zwaarlijvigheid wereldwijd de grootste veroorzakers zijn van kanker.

De ontwikkeling van vetcellen, die worden geproduceerd uit een kleine fibroblastachtige voorloper, activeert niet alleen de specifieke genen van de vetcellen, maar laat ze ook groeien door meer lipiden (adipocyten en vetweefsel) op te slaan. In feite is de opslag van lipiden de bepalende functie van een vetcel. Maar de opslag van te veel lipiden kan vetcellen ongezond maken en leiden tot obesitas.

Uitdagingen bij het richten op vetcellen

Het vermogen om zich op vetcellen te richten en ongezonde vetvorming veilig los te koppelen van een gezond vetmetabolisme zou het antwoord zijn op de gebeden van veel mensen. Een grote uitdaging bij de behandeling van obesitas is dat vetweefsel, dat niet continu in het lichaam aanwezig is, maar stuk voor stuk in “depots” wordt aangetroffen, moeilijk op een depotspecifieke manier kan worden gericht, precies op de locatie.

Er zijn twee hoofdsoorten vet: visceraal vet, inwendige weefsels die de maag, lever en darmen omringen, en onderhuids vet, overal in het lichaam onder de huid aangetroffen. Visceraal vet produceert dikke buiken; onderhuids vet kan kinwangen, armvet, enz. veroorzaken. Tot op heden was er geen manier om visceraal vetweefsel specifiek te behandelen. En de huidige behandelingen voor onderhuids vet, zoals liposuctie, zijn invasief en destructief.

Nieuwe studies gebruiken kationische nanomaterialen om vet aan te pakken

Twee nieuwe studies van onderzoekers van Columbia Engineering en Columbia University Irving Medical Center (CUIMC) hebben mogelijk het antwoord op het specifiek en gezond richten van vetcellendepots. De papers demonstreren een nieuwe methode om obesitas te behandelen door kationische nanomaterialen te gebruiken die zich op specifieke vetgebieden kunnen richten en de ongezonde opslag van vergrote vetcellen remmen. De materialen remodelleren vet in plaats van het te vernietigen, zoals bijvoorbeeld liposuctie. De eerste papiervandaag gepubliceerd door Natuur Nanotechnologie, richt zich op viscerale adipositas of buikvet. De tweede papieronline gepubliceerd op 28 november door Biomaterialenricht zich op vet onder de huid en chronische ontsteking geassocieerd met obesitas.

Het team van onderzoekers, geleid door Li Qiang, universitair hoofddocent pathologie en celbiologie bij CUIMC, en Kam Leong, Samuel Y. Sheng hoogleraar biomedische technologie en systeembiologie bij CUIMC, erkende dat vetweefsel grote hoeveelheden negatief geladen extracellulaire stoffen bevat. matrix (ECM) om vetcellen vast te houden. Ze dachten dat dit negatief geladen ECM-netwerk een soort snelwegsysteem zou kunnen bieden voor positief geladen moleculen. Dus namen ze een positief geladen nanomateriaal, PAMAM generatie 3 (P-G3), en injecteerden het in zwaarlijvige muizen. De P-G3 verspreidde zich snel door het weefsel en het team was enthousiast dat hun methode om zich specifiek op visceraal vet te richten werkte.

Onverwachte resultaten

En toen gebeurde er iets intrigerends: P-G3 stopte het lipidenopslagprogramma in vetcellen en de muizen verloren gewicht. Dit was totaal onverwacht, gezien de gevestigde functie van P-G3 bij het neutraliseren van negatief geladen pathogenen, zoals DNA/RNA-celresten, om ontstekingen te verlichten.

“Onze aanpak is uniek – het wijkt af van de farmacologische of chirurgische benaderingen”, zegt Qiang, die gespecialiseerd is in obesitas en adipocytenbiologie. “We gebruikten kationische lading om gezonde vetcellen te verjongen, een techniek die nog nooit iemand heeft gebruikt om obesitas te behandelen. Ik denk dat deze nieuwe strategie de deur zal openen naar een gezondere en veiligere vermindering van vet.”

P-G3 helpt bij de vorming van nieuwe vetcellen en remt ook de ongezonde opslag van lipiden in vergrote vetcellen

In deze twee onderzoeken ontdekten de onderzoekers dat het kationische materiaal, P-G3, iets intrigerends kon doen met vetcellen – terwijl het de vorming van nieuwe vetcellen hielp, ontkoppelde het ook de opslag van lipiden van de huishoudelijke functies van vetcellen. En omdat het de ongezonde opslag van lipiden van vergrote vetcellen remt, hadden de muizen meer metabolisch gezonde, jonge, kleine vetcellen zoals die worden aangetroffen bij pasgeborenen en atleten. De onderzoekers ontdekten dat deze ontkoppelingsfunctie van P-G3 ook geldt voor biopsieën van menselijk vet, wat wijst op het potentieel van vertaling bij mensen.

“Met P-G3 kunnen vetcellen nog steeds vetcellen zijn, maar ze kunnen niet groeien”, zegt Leong, een pionier in het gebruik van polykation om ziekteverwekkers op te ruimen. “Onze studies benadrukken een onverwachte strategie om viscerale adipositas te behandelen en suggereren een nieuwe richting voor het verkennen van kationische nanomaterialen voor de behandeling van metabole ziekten.”

Nieuwe toepassingen voor medicijnafgifte, gentherapie en esthetiek

Nu ze zich selectief op visceraal vet kunnen richten, zien Leong en Qiang verschillende toepassingen voor zich. De Biomaterialen studie demonstreert een eenvoudige aanpak die kan worden gebruikt voor esthetische doeleinden; net als Botox kan P-G3 lokaal worden geïnjecteerd in een specifiek, onderhuids vetdepot. De onderzoekers, die patenten hebben aangevraagd, ontwikkelen nu P-G3 in verschillende derivaten om de werkzaamheid, veiligheid en depotspecificiteit te verbeteren.

Waar de onderzoekers vooral enthousiast over zijn, is de ontwikkeling van P-G3 tot een platform dat medicijnen en gentherapieën specifiek aan een bepaald vetdepot kan leveren. Dit kan veel medicijnen hergebruiken vanwege systemische veiligheidsproblemen, zoals thiazolidinedionen (TZD’s), een krachtig maar onveilig medicijn dat een sterke modulator van vet is en wordt gebruikt om diabetes type 2 te behandelen, maar het is in verband gebracht met hartfalen en is in verschillende landen verboden .

“We zijn erg verheugd om te ontdekken dat kationische lading het geheim is om vetweefsel aan te pakken,” zei Qiang. “Nu kunnen we vet op een depotspecifieke manier verkleinen – waar we maar willen – en op een veilige manier zonder vetcellen te vernietigen. Dit is een grote vooruitgang in de behandeling van obesitas.”