Wykorzystanie nanocząsteczek bioszkła do naprawy kości
Julian Jones jest ekspertem w dziedzinie bioaktywnego szkła, materiału zdolnego do stymulowania procesów regeneracji kości. Jako profesor wydziału biomateriałów na uczelni Imperial College London poświęcił znaczną część swojej kariery, aby lepiej poznać właściwości tego materiału. W 2015 r. wyjątkowe spotkanie znacznie przyspieszyło jego badania: prof. Jones i jego zespół nawiązali współpracę z Alessandrą Pinną, która badała właściwości przeciwutleniające maleńkich cząstek tlenku ceru, określanych jako nanoceria. Profesor Jones śledził los bioaktywnych nanocząstek w komórkach z pomocą Alexandry Porter, która specjalizuje się w technikach obrazowania. Wspólnie trójka badaczy szybko zdała sobie sprawę z ogromnego potencjału wykorzystania połączenia dwóch nanocząstek w leczeniu osteoporozy i postanowiła rozpocząć specjalny projekt o nazwie INTO (Inorganic therapeutic nanoparticles for osteoporosis). „W tamtym czasie opracowywaliśmy porowate implanty z bioszkła, zdolne do uwalniania jonów strontu u pacjentów z dużym ubytkiem w kości. Jednak w większości przypadków pacjenci z osteoporozą nie mają takich ubytków: ich kość ma niską gęstość, związaną z wysokim ryzykiem złamania, przez co wymagane jest leczenie doustne lub stosowanie zastrzyków”, dodaje prof. Jones. „Nasze istniejące nanocząstki zostały już wchłonięte przez wszystkie komórki do swojej cytoplazmy. Mogłyby ulegać biodegradacji w komórkach, uwalniając jony strontu, które mogą stymulować komórki kościotwórcze (osteoblasty) i hamować aktywność komórek degradujących kości (osteoklastów). Poprzez wprowadzenie nanocerii do procesu możemy teraz również oczyścić wolne rodniki i w jeszcze większym stopniu usprawnić mechanizmy zapobiegania utracie kości”. Proces rozwoju składa się z dwóch głównych zadań: syntezy biodegradowalnych mezoporowatych nanocząstek krzemionki za pomocą zol-żelu i wytworzenia nanocerii metodą współstrącania i napromieniania mikrofalowego przed uwięzieniem jej w sieci krzemionkowej. W trakcie projektu zespół wystawił nowe wyroby na działanie różnych typów komórek kości i komórek macierzystych szpiku kostnego. Wyniki pokazują, że cząstki INTO są zdolne zarówno do promowania osteogenezy, jak i do uwalniania wolnych rodników (reaktywne formy tlenu). Określono również dawkę progową, poniżej której komórki mogą czerpać korzyści z działania przeciwutleniacza i osteogenezy nanocząstek bez uszkodzenia. Jak twierdzi prof. Jones, opracowana terapia ma potencjał w leczeniu osteoporozy – cząstki mogą wzmacniać kości osteoporotyczne, stymulując naturalne mechanizmy regeneracji, zmniejszając ryzyko złamania osteoporotycznego i poprawiając mobilność i jakość życia milionów pacjentów, również w przypadku innych chorób. „Mamy obiecujące wyniki w pobudzaniu wzrostu komórek nerwowych (odrastanie neurytów), więc jeśli uda nam się doprowadzić nasze maleńkie cząsteczki do przekroczenia bariery krew-mózg, mogą one zostać wykorzystane w leczeniu choroby Parkinsona. Mamy również nanocząstki, które wykazują pewną skuteczność w zabijaniu komórek rakowych bez uszkadzania zdrowych komórek. Nanoceria mogą działać w synergii z naszymi nanocząstkami, aby poszerzyć zakres dawkowania, w którym nasze nanocząstki będą skuteczne”, mówi profesor Jones. Kolejnym krokiem są oczywiście badania przedkliniczne. Profesor Jones i jego zespół złożyli już wniosek o dalsze finansowanie na badania potencjału ich nanocząstek w leczeniu choroby Parkinsona. Przygotowują też propozycję szeroko zakrojonej współpracy w dziedzinie leczenia raka i obrazowania biologicznego (połączenie mezoporowatych cząstek ze złotem w celu wczesnej diagnozy raka), co ma pomóc we wprowadzeniu tej technologii w warunkach klinicznych. Ich celem jest ustalenie, czy aktywne ukierunkowanie na konkretne komórki nowotworowe może usprawnić dostarczanie nanocząstek.
Słowa kluczowe
INTO, osteoporoza, bioszkło, nanoceria, nanotechnologia, kość, implant