Размер имеет значение в наночастицах для лечения травматических кровотечений
Травматические кровотечения — ведущая причина смерти в США среди людей до 45 лет и причина более 3 миллионов смертей в год в мире. Для снижения смертности исследуются инъекционные наночастицы, которые могут накапливаться в месте внутренней травмы и привлекать клетки, помогающие остановить кровотечение до госпитализации.
Хотя некоторые частицы показали перспективу в исследованиях на животных, ни одна не была протестирована на людях, отчасти из-за недостатка данных о механизме действия и безопасности. Чтобы изучить эти факторы, инженеры-химики MIT провели первое систематическое исследование того, как полимерные наночастицы разного размера циркулируют в организме и взаимодействуют с тромбоцитами — клетками, способствующими свёртыванию крови.
В исследовании на крысах частицы промежуточного размера, около 150 нанометров в диаметре, оказались наиболее эффективными для остановки кровотечения. Эти частицы также реже попадали в лёгкие или другие нецелевые участки, куда часто мигрируют более крупные частицы.
"Для наносистем всегда характерно некоторое накопление в печени и селезёнке, но мы хотим, чтобы больше активной системы накапливалось именно в ране, а не в этих фильтрующих органах", — говорит Пола Хаммонд, профессор MIT.
Старшими авторами исследования также являются Брэдли Олсен, профессор химической инженерии, и Джордж Велмахос, профессор хирургии Гарвардской медицинской школы. Ведущий автор — аспирант MIT Селестин Хонг. Работа опубликована в журнале ACS Nano.
Влияние размера
Гемостатические наночастицы часто создают из биосовместимого полимера, конъюгированного с белком или пептидом, привлекающим тромбоциты. В этом исследовании использовали полимер PEG-PLGA, конъюгированный с пептидом GRGDS.
Предыдущие работы в основном фокусировались на частицах размером 300–500 нанометров, но систематического анализа влияния размера на функцию не проводилось. Команда MIT изучила частицы трёх диапазонов: малые (менее 100 нм), промежуточные (140–220 нм) и крупные (500–650 нм).
В лабораторных тестах:
- В условиях потока наименьшие частицы показали наибольший процент связывания с тромбоцитами.
- На поверхности, покрытой тромбоцитами, лучше всего прилипали крупнейшие частицы.
- Однако при оценке общей массы, прилипшей к поверхности (цель — привлечь как можно больше тромбоцитов), наиболее эффективными оказались частицы промежуточного размера.
"Если вы привлекаете множество наночастиц, и они слипаются, блокируя связывание тромбоцитов, это бесполезно. Нам нужны тромбоциты. В этом эксперименте промежуточный размер частиц дал наибольшее содержание тромбоцитов", — поясняет Хонг.
Остановка кровотечения
Исследования на мышах показали, что самые крупные частицы с большей вероятностью накапливаются в лёгких и имеют меньшее время циркуляции.
В модели внутренней травмы у крыс, разработанной совместно с Массачусетской больницей общего профиля (MGH), частицы промежуточного размера снова оказались наиболее эффективными для остановки кровотечения и показали наибольшую скорость накопления в месте ранения.
"Это исследование показывает, что большие наночастицы — не обязательно та система, на которой стоит фокусироваться. Возможность перенести внимание на этот средний диапазон размеров может открыть новые пути", — говорит Хаммонд.
Исследователи планируют тестировать частицы промежуточного размера на более крупных животных для получения данных о безопасности и эффективных дозах. В перспективе такие частицы могут стать первой линией лечения, останавливающей кровотечение при травмах на время, достаточное для доставки пациента в больницу.
"Эти частицы призваны предотвратить смерть. Они не панацея от внутреннего кровотечения, но могут дать человеку несколько дополнительных часов, чтобы добраться до больницы и получить адекватное лечение", — заключает Хонг.