מולקולה נושאת תרופות שנועדה לרפא מחלות על ידי החלקה על פני ההגנות הטבעיות של הריאה מציעה תקווה חדשה לאנשים עם מחלות נשימה כרוניות או קטלניות, אומרים יוצריה, חוקרים במעבדת ה-Soft Biomatter של עוזר פרופסור Liheng Cai בבית הספר להנדסה באוניברסיטת וירג'יניה. מדע יישומי.
קאי והצוות שלו, כולל מדעי החומרים והנדסה Ph.D. סטודנט Baiqiang Huang והנדסה ביו-רפואית Ph.D. הסטודנט Zhi-Jian He, הוכיח בהצלחה את יעילותו של הננו-נשא באמצעות "דרכי הנשימה המיקרו-אנושיים" של המעבדה עצמה. המכשיר לוכד את התכונות הגיאומטריות והביולוגיות של דרכי הנשימה האנושיות.
הם תיארו את הממצאים שלהם במאמר שפורסם ב-27 ביוני בכתב העת של American Chemical Society ACS Nano.
חומק על פני ההגנות שלנו
לריאות שלנו יש שכבות הגנה אשר לוכדות ומעבירות פתוגנים או חלקיקים שאופים אל מחוץ למערכת הנשימה כדי למנוע מאיתנו לחלות.
בכל פעם שאתה מקנח את האף, המערכת פועלת.
למרבה הצער, אותם מחסומים גם מונעים מהרפואה להגיע לתאים ממוקדים, מה שמקשה על הטיפול במחלות כמו אסטמה, מחלת ריאות חסימתית כרונית ופיברוזיס ריאתי".
Baiqiang Huang, Ph.D. סטוּדֶנט
הפולימר החדש נקרא פוליאתילן גליקול מברשת בקבוקים, או PEG-BB. הוא נע במהירות דרך מערבי דרכי הנשימה על ידי חיקוי mucins, גליקופרוטאין טבעי האחראי על תכונות הריר, בעל אותה צורת מברשת בקבוקים -; עמוד שדרה מרכזי עם סבך זיפים הנמשך החוצה.
"חשבנו שהגמישות והגיאומטריה דמוית התולעת של מנשא מברשת הבקבוקים יאפשרו לו לחמוק דרך הרשת ההדוקה של ריר וג'לים המקיפים את הריסים כדי להיות מופנמים על ידי תאי אפיתל, היכן שהתרופות נחוצות כדי לעבוד", אמר הואנג.
ריסים הם המבנים דמויי השיער על פני התאים. הם נעים בשילוב עם ריר כדי להדוף ולגרש גופים זרים.
כדי לבדוק את ההשערה שלהם, הצוות תרבית תאי אפיתל אנושיים של דרכי הנשימה במכשיר שלהם. הם הכניסו מולקולות PEG-BB פלואורסצנטיות לתאים משני כיוונים.
לאחר מכן הם השתמשו בצבע שיכול לחדור את הריר והשכבות הפריקיליות -; האחרון הוא הג'ל הבולע את הריסים. הם לא צבעו את דפנות תאי האפיתל, מה שעזר לסמן את גבולות האפיתל.
באמצעות מיקרוסקופ מיוחד וחדר חשוך כדי לחדד את התמונות, הם הצליחו לראות עד כמה מולקולות מברשת הבקבוק הזוהרות נעו דרך התאים.
שורה של הצלחות אחרונות
"דרכי הנשימה המיקרו-אנושיות הן בעצם בית שווה לגידול התאים", אמר הואנג.
"הדמיון הביולוגי שלו מאפשר לנו לחקור את הגנת הריאות האנושית, מבלי לגרום נזק ליצורים חיים", הוסיף קאי, שהמעבדה שלו מתמחה בפיתוח פולימרים חדשים של מברשת בקבוקים למגוון שימושים, רבים מהם פורצים גבולות ברפואה מדויקת.
לדוגמה, תוכנית ההדפסה הביולוגית שלו הפיקה לאחרונה את מה שיכול להיות אבן הבניין התלת-ממדית הראשונה להדפסת איברים לפי דרישה. הוא גם זכה זה עתה בפרס המחקר היוקרתי למקסימום של 1.9 מיליון דולר מהמכונים הלאומיים לבריאות, אחת מכמה הכרות של כוכבים עולים בקריירה שלו.
ממצאי PEG-BB מייצגים אחד נוסף בשורת ההצלחות של המעבדה.
"אנחנו חושבים שהחידוש הזה לא רק מבטיח טיפולים טובים יותר במחלות ריאה עם תופעות לוואי מופחתות, אלא גם פותח אפשרויות לטיפול במצבים המשפיעים על משטחי הרירית בכל הגוף", אמר קאי.
הצעד הבא של המעבדה הוא לבדוק את יכולתו של PEG-BB לשאת מולקולות תרופה על פני מחסום ריר. הצוות מתנסה במודלים במבחנה וגם במודלים in vivo בעכברים.
פִּרסוּם
מברשת בקבוקי פוליאתילן גליקול ננו-נשאים עוברים את אפיתל דרכי הנשימה האנושית באמצעות אנדוציטוזיס משופרת באדריכלות מולקולרית פורסם ב-27 ביוני 2024 ב- ACS Nano.
עבודה זו קיבלה מימון מהקרן הלאומית למדע, UVA LaunchPad for Diabetes, UVA Coulter Center for Translational Research, Juvenile Diabetes Research Foundation, מועצת המחקר לבריאות של וירג'יניה ומרכז UVA לייצור ביולוגי מתקדם.
