Der menschliche Körper besteht aus Tausenden winziger Lymphgefäße, die wie eine Superautobahn des Immunsystems weiße Blutkörperchen und Proteine durch den Körper transportieren. Es ist bemerkenswert effizient, aber wenn es durch eine Verletzung oder Krebsbehandlung beschädigt wird, beginnt das gesamte System zu versagen. Die daraus resultierende Flüssigkeitsretention und Schwellung, Lymphödem genannt, ist nicht nur unangenehm, sondern auch irreversibel.
Wenn Lymphgefäße versagen, ist typischerweise ihre Fähigkeit, die Flüssigkeit abzupumpen, beeinträchtigt. Forscher des Georgia Institute of Technology haben eine neue Behandlung mit Nanopartikeln entwickelt, die das Pumpen von Lymphgefäßen reparieren kann. Traditionell haben Forscher auf diesem Gebiet versucht, Lymphgefäße nachwachsen zu lassen, aber die Wiederherstellung der Pumpwirkung ist ein einzigartiger Ansatz.
„Bei vielen Patienten besteht die Herausforderung darin, dass die Lymphgefäße, die noch im Patienten vorhanden sind, nicht funktionieren. Es ist also nicht so, dass Sie neue Gefäße züchten müssen, die Sie sich als Röhren vorstellen können, sondern dass Sie die Röhren dorthin bringen müssen Arbeit, was für Lymphgefäße Pumpen bedeutet“, sagte Brandon Dixon, Professor an der George W. Woodruff School of Mechanical Engineering. „Hier ist unser Ansatz wirklich anders. Er liefert ein Medikament, das den Lymphgefäßen hilft, mit einem Nanopartikel zu pumpen, das in die erkrankten Gefäße selbst abfließen kann.“
Die Forscher veröffentlichten ihre Ergebnisse mit dem Titel „Lymphatic-Draining Nanoparticles Deliver Bay K8644 Payload to Lymphatic Vessels and Enhance Their Pumping Function“ in Wissenschaftliche Fortschritte im Februar.
Der Nutzen der Nanotechnologie für die Arzneimittelabgabe
Das von den Forschern verwendete Medikament, S-(-)-Bay K8644 oder BayK, zielt normalerweise auf Kalziumkanäle vom L-Typ ab, die es den Skelett-, Herz- und endokrinen Muskeln ermöglichen, sich zusammenzuziehen. Tatsächlich würde die Anwendung von BayK im ganzen Körper zu Krämpfen und Krämpfen führen.
Die Verwendung von Nanopartikeln, die nach der Injektion in die Lymphgefäße abfließen sollen, konzentriert das Medikament ausschließlich in die Lymphgefäße und entleert die Injektionsstelle. Dadurch steht das Medikament in den Lymphgefäßen in lokal hoher Dosis zur Verfügung. Wenn die Lymphe schließlich in den Kreislauf zurückgeführt wird, wird sie im Blut so stark verdünnt, dass sie andere Systeme im Körper nicht beeinträchtigt, wodurch das Medikament für Lymphödem-Anwendungen sowohl zielgerichtet als auch sicher ist.
„Lymphgewebe funktionieren wie Flussbecken – regional gibt es Gefäße, die die Flüssigkeit aus Ihrem Gewebe ableiten“, sagte Susan Thomas, Woodruff Associate Professor of Mechanical Engineering am Parker H. Petit Institute for Bioengineering and Bioscience. „Diese Methode ist wie das Einbringen von Nanopartikeln in den Fluss, damit der Fluss besser fließen kann.“
Die Forschung ist die perfekte Mischung aus den jeweiligen Fachgebieten von Dixon und Thomas. Dixons Labor untersucht seit Jahren, wie Lymphgefäße in Tiermodellen funktionieren. Thomas entwickelt Nanopartikel-Medikamentenverabreichungstechnologien, die im lymphatischen System eingesetzt werden.
„Er entwickelt Analysewerkzeuge und Krankheitsmodelle im Zusammenhang mit dem Lymphsystem, und ich entwickle Technologien zur Abgabe von Arzneimitteln, die auf das Lymphsystem abzielen“, sagte Thomas. „Die Bekämpfung des Lymphödems als einer weit verbreiteten Erkrankung, für die es keine wirksamen Therapien gibt, war die perfekte Gelegenheit, unsere Stärken zu nutzen, um hoffentlich neue Strategien für diese unterversorgte Patientengruppe zu entwickeln.“
Testen der Therapie
Die Laborteams von Dixon und Thomas testeten die Formulierung mit Nagetiermodellen. Sie kartierten zunächst das Lymphknotensystem des Modells, indem sie eine fluoreszierende Substanz injizierten, um zu sehen, wie es sich fortbewegte. Dann legten sie eine Druckmanschette an, um zu messen, wie das Lymphsystem bei einer Beeinträchtigung nicht funktioniert. Von dort aus bewerteten sie, wie die Formulierung von BayK in einem lymphdrainierenden Nanopartikel die Wirkung des Medikaments beeinflusste. Das Verabreichungssystem ermöglichte es dem Medikament, innerhalb des Lymphgefäßes zu wirken, was durch erhöhtes Pumpen des Gefäßes und wiederhergestellten Pumpdruck gezeigt wurde, und reduzierte drastisch die Konzentration von BayK im Blut, was typischerweise mit unerwünschten Nebenwirkungen verbunden ist.
Die Forscher erweitern die Formulierung auf fortgeschrittenere Krankheitsmodelle, um sie der Anwendung beim Menschen näher zu bringen. Sie werden auch untersuchen, wie es zur Vorbeugung oder Behandlung von Lymphödemen in Kombination mit anderen bestehenden oder neuen Therapien, die derzeit entwickelt werden, eingesetzt werden kann.
Mehr Informationen:
Lauren F. Sestito et al., Lymphatic-draining nanoparticles liefern Bay K8644 Payload an Lymphgefäße und verbessern ihre Pumpfunktion, Wissenschaftliche Fortschritte (2023). DOI: 10.1126/sciadv.abq0435