Синтетические тромбоциты
Синтезированы наночастицы, имитирующие свойства человеческих тромбоцитов
LifeSciencesToday по материалам UC Santa Barbara: Bio-Inspired Bleeding Control
Быстрая остановка кровотечения из раны остается Святым Граалем клинической медицины. Контроль над кровотоком является задачей огромной важности и первой линией обороны как для пациентов, так и для врачей во многих ситуациях – от травм до целого ряда заболеваний и хирургии. Если кровотечение не удается остановить в течение первых нескольких минут, дальнейшие действия медиков фактически теряют смысл.
В поисках способов контроля над сложным процессом коагуляции крови ученые Калифорнийского университета в Санта-Барбаре (University of California – Santa Barbara), представляющие кафедру химической инженерии и Центр биоинженерии (Center for Bioengineering, CBE), обратились к механизмам тромбообразования, работающим в самом человеческом организме. Создав наночастицы, имитирующие форму, гибкость и поверхностную биологию собственных тромбоцитов организма, они смогли ускорить естественные процессы восстановления сосудов, а также открыли путь к персонализированным методам лечения, адаптированным к потребностям конкретного пациента.
«Это важная веха в разработке синтетических тромбоцитов, а также в адресной доставке лекарств», – говорит профессор Самир Митраготри (Samir Mitragotri), PhD, директор CBE, специализирующийся на технологиях таргетной терапии. Результаты его последней работы опубликованы в журнале ACS Nano (Anselmo et al., Platelet-like Nanoparticles: Mimicking Shape, Flexibility, and Surface Biology of Platelets To Target Vascular Injuries).
Процесс коагуляции хорошо знаком всем, кто получал даже незначительные травмы – царапины или порезы. Кровь устремляется к месту повреждения сосуда, и в течение нескольких минут кровотечение останавливается в результате образования тромба. Выполнив свою функцию, тромб через некоторое время растворяется.
Но то, чего мы не видим, это каскад последовательных этапов свертывания крови – серия биохимических сигналов, способствующих тромбообразованию. Коагуляция, по сути, представляет собой сложную хореографию различных веществ и клеток, к числу наиболее важных из которых относятся тромбоциты, накапливающиеся на месте повреждения сосуда и формирующие начальный кровяной сгусток.
«Пока тромбоциты находятся в кровотоке, они относительно инертны», – объясняет ведущий автор исследования Аарон Анселмо (Aaron Anselmo), PhD. Однако при травме – благодаря физике их формы и ответу на химические стимулы – они устремляются к стенке кровеносного сосуда и скапливаются там, взаимодействуя с местом повреждения и друг с другом. При этом тромбоциты высвобождают химические вещества, привлекающие к месту травмы другие тромбоциты, закупоривая, в конечном итоге, рану.
Но что происходит, если травма слишком тяжела, если пациент вынужден принимать антикоагулянты или если по какой-либо другой причине у него снижена способность к тромбообразованию, что проявляется даже при незначительной травме?
В этих ситуациях как раз и могут прийти на помощь выполняющие функцию тромбоцитов наночастицы (platelet-like nanoparticles, PLNs). Эти мельчайшие пластинчатой формы частицы, которые ведут себя так же, как и их естественные аналоги, можно вводить в кровь, чтобы пополнить собственный запас тромбоцитов пациента, останавливая тем самым кровотечение и инициируя процесс заживления. Это позволит врачам начать или продолжить необходимое лечение. Теперь неотложные состояния могут быть взяты под более эффективный контроль, травмы могут быть залечены быстрее и пациенты смогут восстановиться с меньшим количеством осложнений.
«Мы действительно можем снизить время кровотечения на 65 процентов…», – комментирует доктор Ансельмо.
По словам профессора Митраготри, ключ к достигнутому им и его коллегами успеху состоял в имитации реального процесса тромбообразования. Имитируя форму и пластичность природных тромбоцитов, PLNs могут поступать к месту повреждения и скапливаться там. Более того, обладая поверхностью, функционализированной теми же биохимическими мотивами, что и их природные человеческие аналоги, PLNs привлекают к месту травмы другие тромбоциты и связываются с ними, увеличивая вероятность образования жизненно необходимого кровяного сгустка. Кроме того, и это очень важно, синтетические тромбоциты сконструированы таким образом, что растворяются в крови, когда исчезает необходимость в их присутствии. Это сводит к минимуму осложнения, которые могут возникнуть в ходе проведения неотложного гемостаза.
«Дело в том, что кровоостанавливающие препараты нужно вводить в должном количестве», – объясняет профессор Митраготри. «Введение как слишком большого, так и слишком малого их количества приведет к проблемам».
По словам доктора Анселмо, при аналогичных свойствах поверхности и форме, наноразмерные частицы могут работать даже лучше тромбоцитов, размер которых измеряется в микронах. Кроме того, эта технология позволяет адаптировать PLNs к другим терапевтическим агентам, необходимым пациентам с тем или иным заболеванием.
Тромбоциты обладают врожденной способность накапливаться у сосудистой стенки и специфически взаимодействовать с местом травмы сосуда. Эти функции тромбоцитов опосредованы их формой, гибкостью и сложными поверхностными взаимодействиями. Американские инженеры-химики и биоинженеры разработали наночастицы, выполняющие функции, аналогичные функциям природных тромбоцитов, включая направленную к месту повреждения сосуда маргинацию, сайт-специфическую адгезию и усиление сайт-специфической агрегации. Эти наночастицы (platelet-like nanoparticles, PLNs) имитируют четыре основные характеристики тромбоцитов: дисковидную морфологию, механическую гибкость, биохимически и биофизически опосредованную агрегацию и гетеромультивалентную презентацию лигандов, опосредующих как адгезию к фактору Виллебранда и коллагену, так и специфическое образование кластеров с активированными тромбоцитами. PLNs демонстрируют усиленное поверхностное связывание по сравнению со сферическими и жесткими дисковидными аналогами, а также свойства сайт-селективный адгезии и агрегации тромбоцитов в условиях физиологического кровотока in vitro. Исследования in vivo на мышиной модели показали, что PLNs накапливаются на месте повреждения и вызывают снижение времени кровотечения (~65%), эффективно имитируя и улучшая гемостатические функции природных тромбоцитов. (Рис. ACS Nano)
«Эта технология может решить множество клинических проблем», – считает доктор Скотт Хэммонд (Scott Hammond), директор Translational Medicine Research Laboratories UCSB. «Сегодня одна из самых больших проблем в клинической медицине, – и она очень дорого обходится, – состоит в том, что мы живем дольше, и люди, с большой вероятностью, оказываются, в конце концов, на препаратах для разжижения крови. Если в клинику поступает пожилой пациент, это огромная проблема, потому что вы понятия не имеете, какова история его болезни, и от вас, возможно, потребуется принятие оперативных мер».
С оптимизируемыми PLNs, мишенями которых являются места образования тромбов, врачи смогут поддерживать тонкий баланс между антикоагулянтной терапией и заживлением ран у пожилых пациентов, не вызывая нежелательных кровотечений. В других случаях несущие антибиотики наночастицы смогут нейтрализовать передающиеся с кровью патогены и другие инфекционные агенты. Для более достоверной диагностики и действительно адресной терапии наночастицы могут быть сконструированы так, что будут попадать в определенные части тела – например, в головной мозг, проходя через гематоэнцефалический барьер.
Кроме того, по мнению исследователей, созданные ими синтетические PLNs дешевле и имеют более длительный срок хранения, чем природные человеческие тромбоциты, – большое преимущество в ситуациях срочной необходимости в этом компоненте крови. Возможность хранить их дольше в этих случаях имеет существенное значение.
В ближайшее время биоинженеры планируют выяснить, насколько технология и синтез PLNs соответствуют возможности их производства в промышленных масштабах, а также заняться рядом практических вопросов, связанных с переводом этой технологии из лаборатории в клинику, в частности, производством, хранением, стерильностью и стабильностью синтетических тромбоцитов. Кроме того, они готовятся к доклиническим и клиническим испытаниям своей разработки.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
17.11.2014