Магнитные поля несут наночастицы в стентированные артерии

Ученые и инженеры использовали однородное магнитное поле для перемещения железосодержащих наночастиц к металлическим стентам в поврежденных кровеносных сосудах, где частицы выделяли лекарственный препарат, эффективно препятствуя образованию тромбов. В экспериментах на животных новый метод продемонстрировал лучшие результаты при более низкой дозе препарата, чем обычное стентирование без наночастиц.

Исследования на клеточных культурах и крысах являются последними в серии экспериментов, проведенных в Детской больнице Филадельфии (Children's Hospital of Philadelphia). Они демонстрируют возможности управляемых магнитным полем наночастиц как нового средства доставки различных терапевтических средств – ДНК, клеток и лекарственных препаратов. Полученные результаты могут заложить основу новой медицинской технологии, названной магнитно-сосудистой интервенцией.

«Это может стать технологической основой для доставки лекарственных препаратов и других терапевтических средств в больные и поврежденные кровеносные сосуды, где они могут принести пользу», - говорит руководитель исследования доктор медицины Роберт Дж. Леви (Robert J. Levy).

Исследование опубликовано в онлайн-издании Proceedings of the National Academy of Sciences. Ученые из Детской больницы Филадельфии сотрудничали с инженерами и учеными из Университета Дрекселя (Drexel University), Северо-Восточного университета (Northeastern University) и Университета Дьюка (Duke University).

Работа Леви представляет собой новую систему доставки, дополняющую уже существующую медицинскую технологию – катетерное стентирование. Такие стенты - тонкие металлические каркасы – обычно устанавливаются больным с заболеваниями сердца для расширения частично непроходимых кровеносных сосудов. Стенты часто покрываются антипролиферативными лекарственными препаратами, такими как паклитаксель (paclitaxel). Паклитаксель подавляет вызывающее непроходимость сосуда накопление гладкомышечных клеток внутри стента.

Однако применяемые сейчас стенты с лекарственным покрытием ограничены в своих возможностях. В них содержатся фиксированные дозы препаратов, рассчитанные только на одно применение. При этом у значительного числа пациентов возникают рестенозы. Управляемая магнитным полем система Леви расширяет возможности стентов, так как магнитная доставка разрешает использование более высоких доз и повторное введение лекарственных препаратов при возникновении проблем, а также применение более чем одного вида терапевтических средств для лечения стентированных кровеносных сосудов.

Леви использовал преимущества нанотехнологий – применения частиц материалов чрезвычайно малого размера. Ученые его лаборатории создали наночастицы, примерно 290 нанометров в диаметре, из биоразлагаемого полимера с магнитным ядром из оксида железа. (Нанометр – одна миллионная часть миллиметра, наночастицы такого размера в 10 -100 раз меньше эритроцитов). Магнетит частиц отвечает на воздействие магнитного поля. Так как частицы сделаны из биодеградирующего материала, они легко разлагаются в организме после выделения лечебного груза.

На первом этапе группа Леви имплантировала стенты из нержавеющей стали в сонные артерии живых крыс. После инъецирования с помощью катетера в артерии крыс загруженных паклитакселем наночастиц вокруг каждого животного было создано однородное магнитное поле. Длительность воздействия составляла пять минут. Магнитное поле, аналогичное производимому существующими МР-томографами, но в десять раз более слабое, намагничивало как стенты, так и наночастицы и перемещало частицы в стенты и в близлежащую артериальную ткань.

Исследователи вводили стенты и наночастицы и крысам контрольной группы, но без использования магнитного поля. Через пять дней после введения наночастиц животные, подвергшиеся воздействию магнитного поля, накопили в 10 раз больше частиц в стентированных артериях, чем в контрольной группе.

Более того, использование магнитных полей приводило к увеличению продолжительности эффекта. Через 14 дней после применения магнитного поля и разовой дозы содержащих паклитаксель наночастиц ученые обнаружили, что артерии крыс имели более низкий уровень рестеноза, чем в контрольной группе без применения магнитного поля.

За последние несколько лет Леви и его коллеги не раз успешно продемонстрировали эффективность своего подхода в других исследованиях на животных с использованием намагниченных наночастиц для проведения генной терапии и доставки эндотелиальных клеток к артериальным стентам. Метод универсален, говорит Леви, добавляя, что с его помощью можно доставлять широкий спектр эффективных терапевтических средств.

С помощью наночастиц можно доставлять различные терапевтические средства как одновременно, так и в разное время. Так как стенты остаются на месте, врачи могут неоднократно повторять лечебные процедуры, доставляя через катетеры необходимые вещества с помощью магнитного поля. Так как магнитное воздействие концентрирует наночастицы в определенном месте – внутри стента – можно достичь более выраженного эффекта, используя в целом меньшие дозы определенного препарата. Увеличивая эффективность метода, полимерные наночастицы обеспечивают постоянное выделение лекарств в течение 14 дней.

Таким образом, Леви представляет будущую терапию, названную магнитно-васкулярной интервенцией, при которой сосудистые хирурги или кардиологи будут назначать пациенту регулярное лечение в форме терапевтических наночастиц, доставляемых с помощью слабого однородного магнитного поля.

Хотя сейчас стенты используются в основном на больных с сердечными заболеваниями, Леви учитывает огромный неудовлетворенный спрос среди миллионов пациентов с хроническими заболеваниями периферических артерий. Например, при диабете у пациентов с ослабленной циркуляцией применение стентов с лекарственными покрытиями принесло «разочаровывающие результаты», говорит Леви, так как артерии ног больше, чем коронарные, и покрытие стентов содержит недостаточные для таких случаев дозы лекарственных препаратов. «Наш метод открывает новый подход, при котором мы может изменять дозировку и проводить повторные процедуры», - добавляет он.

У детей стенты используются для механического расширения анатомических структур при таких заболеваниях, как периферический стеноз легочной артерии, коарктация аорты, а также дефекты межпредсердной перегородки для восстановления нормального уровня оксигенации крови. Леви предполагает, что магнитные наночастицы могут доставлять лекарственные препараты, способные улучшить результаты при каждом из этих состояний, так же как и при целом ряде других основанных на стентах вмешательств, используемых в педиатрической кардиологии.

Клиническое применение созданных Леви магнитных наночастиц пока еще в будущем, но, возможно, не в слишком далеком. Чтобы приблизить магнитно-васкулярную интервенцию к клинической реальности он надеется в течение нескольких ближайших лет наладить партнерство с исследователями-клиницистами. «Этот метод имеет шанс стать новой основой для интервенционной терапии, которая будет более безопасной и более эффективной, чем применяемая сейчас», - говорит он.

Источник: Нанотехнологии в медицине и биологии