Skip to main content
European Commission logo print header

New nanomaterials for neural stem cells drug delivery

Article Category

Article available in the following languages:

Nanocząstki umożliwiające dostarczanie leków do mózgu

Większość leków na choroby ośrodkowego układu nerwowego nie dociera do mózgu. Ich obiecującym nośnikiem są nanocząstki zdolne do przekraczania bariery krew–mózg.

Zdrowie icon Zdrowie

Dostarczanie leków do mózgu utrudnia bariera krew–mózg, która jak dotąd pozostaje nieprzepuszczalna dla większości leków. Alternatywnym podejściem do leczenia schorzeń mózgu, w tym neurodegeneracji i udaru mózgu, jest stymulacja endogennych nerwowych komórek macierzystych (ang. neural stem cell, NSC) w mózgu za pomocą środków terapeutycznych. NSC mają potencjał do proliferacji i różnicowania się w neurony i glej, regenerując mózg i przywracając funkcje układu nerwowego.

Nanomateriały do dostarczania leków

W ramach finansowanego ze środków UE projektu NANOSTEM zaproponowano wykorzystanie nanomateriałów do umieszczania i dostarczania w nich leków NSC. W ramach projektu NANOSTEM rekrutowano 14 naukowców na wczesnym etapie kariery, którzy podjęli badania przy wsparciu działania „Maria Skłodowska-Curie”. „Naszym celem była synteza różnych nowatorskich nanomateriałów zdolnych do dostarczania leków przez barierę krew–mózg i skierowanych na NSC”, wyjaśnia koordynatorka projektu Marina Resmini. Wśród nich znalazły się układy polimerowe, takie jak micele i nanożele reagujące na temperaturę, a także złote nanopałeczki reagujące na światło w bliskiej podczerwieni. Ponadto pod kątem dostarczania leków badano nanostruktury DNA oparte na aptamerach, a także pęcherzyki pozakomórkowe. Po dokładnym scharakteryzowaniu nanomateriały te zostały poddane walidacji pod kątem ich potencjału do przekraczania bariery krew–mózg. Przenikanie przez barierę krew–mózg było ułatwione albo dzięki małym rozmiarom nanocząstek, albo za sprawą zwiększenia ich powinowactwa w stosunku do receptorów transferyny. Aby zwizualizować ich zdolność do przenikania, nanocząstki poddano dodatkowej funkcjonalizacji znacznikami fluorescencyjnymi. Ponadto badacze przetestowali najbardziej obiecujące preparaty in vivo w modelach danio pręgowanego i myszy. Nanocząstki wstrzyknięte do organizmu danio pręgowanego przenikały przez barierę krew–mózg do mózgu, natomiast badania przeprowadzone na myszach wykazały zdolność nanoformulacji do indukowania proliferacji NSC.

Czym jest korona białkowa i jak jej uniknąć

Jednym z kluczowych wyzwań związanych z opracowywaniem nanocząstek do dostarczania leków jest przyleganie do nich białek po dostaniu się do układu krwionośnego. Ta warstwa cząsteczek zwana jest koroną białkową i obejmuje białka luźno lub nieodwracalnie związane z nanocząstkami. Powstanie korony białkowej może zmieniać morfologię i właściwości nanocząstek, dlatego wymaga dokładnego przebadania. Naukowcy położyli szczególny nacisk na chemię powierzchni i morfologię nanocząstek, aby zrozumieć, w jaki sposób interakcja z elementami biologicznymi, takimi jak białka i lipidy, może wpłynąć na tworzenie się korony białkowej.

Modele bariery krew–mózg in vitro

Model bariery krew–mózg jest przydatny do oceny skuteczności i mechanizmów transportu różnych leków oddziałujących na ośrodkowy układ nerwowy (OUN). Postać istniejących modeli wymaga jednak dużych ilości materiału biologicznego i kosztownych odczynników, co uniemożliwia ich powszechne stosowanie. W ramach projektu NANOSTEM badacze zminiaturyzowali ustalony już model do postaci 96-dołkowej przy użyciu zautomatyzowanej technologii. Dzięki temu zmniejszono objętość potrzebnych związków i poprawiono parametry eksperymentalne, które można było poddać analizie w tym samym czasie. Przeprowadzono również dalszą optymalizację z wykorzystaniem różnych typów komórek, aby rozszerzyć perspektywy modelu bariery krew–mózg. Konsorcjum stworzyło również protokół dla alternatywnego modelu bariery krew–mózg, który opiera się na hodowli trzech rodzajów komórek, czyli komórek śródbłonka, perycytów i astrocytów. Model poddano walidacji poprzez pomiar transportu nanożeli. Jak mówi Resmini: „Nasze modele bariery krew–mózg in vitro stanowią użyteczne narzędzia do wczesnych badań nad opracowywaniem nowych leków, pomagając w identyfikacji związków o skutecznym działaniu przeciwko chorobom OUN”.

Słowa kluczowe

NANOSTEM, nanocząstki, dostarczanie leków, NSC, korona białkowa, bariera krew–mózg, ośrodkowy układ nerwowy, OUN, nerwowe komórki macierzyste

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania