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Facendo uso dell'ultrasuono e delle nanoparticelle RNA-caricate per consegnare medicina potente ai tumori cerebrali

a droghe basate a RNA hanno il potenziale di cambiare il livello di cura per molte malattie, rendente a medicina personale una realtà. Questa classe rapido espandentesi di terapeutica è redditizia, equo facile da fabbricare e capace di andare di dove nessuna droga è andato prima, raggiungendo le vie precedentemente undruggable.

Principalmente.

Finora, queste droghe di promessa non sono state molto utili nel passare attraverso al cervello ben-protetto per trattare i tumori o altri mali.

Ora un gruppo multi-istituzionale dei ricercatori, piombo da Costas Arvanitis al Georgia Institute of Technology ed all'Emory University, ha capito un modo: facendo uso dell'ultrasuono e delle nanoparticelle RNA-caricate per passare attraverso la barriera ematomeningea protettiva e per consegnare medicina potente ai tumori cerebrali.

Possiamo mettere a disposizione questa droga del cervello e stiamo vedendo un aumento sostanziale nella morte delle cellule del tumore, che è enorme.„

Costas Arvanitis, assistente universitario nel Wallace H, dipartimento del coltro di assistenza tecnica biomedica (BME) e banco dell'asperula di George W. della tecnologia di Georgia di ingegneria meccanica (ME).

Arvanitis, di cui i collaboratori includono i ricercatori ed i clinici dalla scuola di medicina e dall'università di Emory di istituto universitario di Cincinnati di medicina, è l'autore corrispondente di nuovo documento pubblicato negli avanzamenti di scienza del giornale che descrive lo sviluppo del gruppo di un delivery system di prossima generazione e musicale per alla la terapia basata a RNA in tumori cerebrali.

“I nostri risultati erano molto positivi, ma se mi pensate sono emozionanti, non avete parlato con oncologi - sono 10 volte emozionanti,„ Arvanitis ha detto.

Le root di questo progetto ritornano quando lui e l'autore principale del documento, ME studente di laureato Yutong Guo, arrivato a tecnologia della Georgia nell'agosto 2016.

“Dall'inizio, ero molto interessato nell'applicazione degli ultrasuoni nel trattamento della malattia di cervello,„ ha detto Arvanitis, che ha raggiunto con il medico Tobey MacDonald di Emory, Direttore del programma pediatrico dell'Neuro-Oncologia al Cancro di Aflac ed i disordini di sangue concentrano ed uno dei co-author del documento. “La nostra domanda principale eravamo, possiamo usare l'ultrasuono per consegnare le droghe ai tumori? Poiché quello è un importante sfidi.„

Le droghe del RNA hanno due debolezze importanti: tempo limitato di circolazione ed assorbimento limitato dalle celle. Per sormontare queste sfide, le droghe sono imballate in nanocarriers robusti, in genere 100 nanometro nella dimensione, per migliorare la loro biodisponibilità. Eppure, questi nanocarriers hanno stati tipicamente troppo grandi per penetrare la barriera ematomeningea, le celle endoteliali stretto-connesse e selettive circondanti i vasi sanguigni nel cervello, finora una porta bloccata alle droghe del RNA.

Ma ora, Arvanitis ed i suoi colleghi hanno scoperto un modo sicuro ottenere sicuro la droga attraverso.

Facendo uso dei modelli del mouse, il gruppo ha spiegato una versione modificata dell'ultrasuono, la tecnica di rappresentazione diagnostica che usa le onde sonore per creare le immagini delle strutture di organismo interne, quali i tendini, i vasi sanguigni, gli organi e, nel caso delle donne incinte, i bambini in utero. I ricercatori hanno combinato questa tecnologia con i microbubbles -- sacche di gas minuscole nella circolazione sanguigna, progettata come agenti vascolari di contrasto per rappresentazione -- quale vibrano in risposta alle onde di ultrasuono, cambianti la permeabilità dei vasi sanguigni.

“I raggi multipli di focalizzazione di energia di ultrasuono su un punto cancerogeno hanno indotto le vibrazioni dei microbubbles realmente ad allungare, tirare, o scorrimento le giunzioni strette del tessuto endoteliale che compongono la barriera ematomeningea, creanti un'apertura affinchè droghe passassero attraverso,„ Guo ha detto.

È una tecnica che i ricercatori biomedici di ultrasuono stanno raffinando per più di una decade ed i test clinici recenti hanno dimostrato la sua sicurezza. Ma non c' è stato molta prova per la consegna selettiva ed efficace delle nanoparticelle e dei loro carichi utili direttamente nelle celle di tumore cerebrale. Ma anche quando le droghe sopportate sangue riescono a penetrare la barriera ematomeningea, se essi non sono prese dalla cellula tumorale, il processo non è completo.

Arvanitis ed il suo gruppo hanno imballato il siRNA, una droga che può bloccare l'espressione dei geni che determinano la crescita del tumore, in nanoparticelle ibride del lipido-polimero ed hanno combinato quello con la tecnica messa a fuoco di ultrasuono nei modelli preclinici pediatrici ed adulti del tumore al cervello. Facendo uso di analisi sulla base di immagini unicellulare, hanno dimostrato più 10 volte un miglioramento nella consegna della droga, diminuente la produzione nociva della proteina ed aumentante la morte delle cellule del tumore nei modelli preclinici del medulloblastoma, il tumore cerebrale maligno più comune in bambini.

“Questo è completamente musicale,„ Arvanitis ha detto. “Possiamo regolare la pressione di ultrasuono raggiungere un livello desiderato della vibrazione e dalla consegna della droga di estensione. È non invadente, perché stiamo applicando il suono dall'esterno del cervello e molto è localizzato, perché possiamo mettere a fuoco l'ultrasuono ad una regione molto piccola del cervello.„

I trattamenti standard correnti per i tumori cerebrali vengono con gli effetti secondari potenzialmente terribili, Arvanitis hanno detto, “tuttavia, questa tecnologia possono fornire il trattamento gli effetti secondari minimi, che è molto emozionante. Ora stiamo muovendo in avanti per provare ed identificare che componenti mancano tradurre questa tecnologia alla clinica.„

Source:
Journal reference:

Guo, Y., et al. (2021) Single-cell analysis reveals effective siRNA delivery in brain tumors with microbubble-enhanced ultrasound and cationic nanoparticles. Science Advances. doi.org/10.1126/sciadv.abf7390.