Könnte ein Spritzer superwinziger Gold- und Peptidpartikel auf ein beschädigtes Herz möglicherweise eine minimalinvasive Reparatur vor Ort ermöglichen?
Spitzenforschung unter der Leitung der außerordentlichen Professoren der Medizinischen Fakultät der Universität Ottawa, Dr. Emilio Alarcon und Dr. Erik Suuronen, legt nahe, dass eine Aufsprühtechnologie mit maßgeschneiderten Nanopartikeln aus einem der wertvollsten Metalle der Welt ein enormes therapeutisches Potenzial bietet und letztendlich dazu beitragen könnte, viele zu retten Leben. Herz-Kreislauf-Erkrankungen sind weltweit die häufigste Todesursache und fordern jedes Jahr etwa 18 Millionen Todesopfer.
In einem kürzlich online veröffentlichten Artikel in ACS-Nano, einem Peer-Review-Journal, das die neuen Forschungsergebnisse zu seinem zusätzlichen Cover hervorhob, schlagen Dr. Alarcon und sein Team von Forscherkollegen vor, dass dieser Ansatz eines Tages in Verbindung mit Koronararterien-Bypass-Operationen verwendet werden könnte. Das ist die häufigste Art der Herzoperation.
Die von den Forschern getestete Therapie, die auf die Herzen von Labormäusen gesprüht wurde, verwendete sehr geringe Konzentrationen von im Labor hergestellten Peptid-modifizierten Goldpartikeln. Aus der Düse eines miniaturisierten Sprühgeräts kann das Material innerhalb weniger Sekunden gleichmäßig auf die Oberfläche eines Herzens gestrichen werden.
Es hat sich gezeigt, dass Gold-Nanopartikel einige ungewöhnliche Eigenschaften haben und chemisch hoch reaktiv sind. Seit Jahren verwenden Forscher Gold-Nanopartikel – so winzig, dass sie für das menschliche Auge nicht erkennbar sind – in einer so breiten Palette von Technologien, dass dies zu einem Bereich intensiven Forschungsinteresses geworden ist.
In diesem Fall wurde das maßgefertigte Nanogold modifiziert mit Peptiden – einer kurzen Kette von Aminosäuren – auf die Herzen von Labormäusen gesprüht. Die Forschung ergab, dass die Spray-on-Therapie nicht nur zu einer Steigerung der Herzfunktion und der elektrischen Leitfähigkeit des Herzens führte, sondern dass es keine Infiltration von Off-Target-Organen durch die winzigen Goldpartikel gab.
„Das ist das Schöne an diesem Ansatz. Sie sprühen, dann warten Sie ein paar Wochen, und den Tieren geht es im Vergleich zu den Kontrolltieren gut“, sagt Dr. Alarcon, der Teil der Abteilung für Biochemie und Mikrobiologie der Medizinischen Fakultät ist und Immunologie sowie Direktor des Bio-Nanomaterials Chemistry and Engineering Laboratory an der University of the Ottawa Heart Institute.
Dr. Alarcon sagt, dass die Daten nicht nur darauf hindeuten, dass die therapeutische Wirkung des aufgesprühten Nanotherapeutikums hochwirksam ist, sondern dass seine Anwendung viel einfacher ist als andere regenerative Ansätze zur Behandlung eines Herzinfarkts.
Die beobachtete Verbesserung der Herzfunktion und der elektrischen Signalausbreitung in den Herzen der getesteten Mäuse war für das Team zunächst kaum zu glauben. Wiederholte Experimente lieferten jedoch die gleichen positiven Ergebnisse, so Dr. Alarcon, der Teil der Abteilung für Biochemie, Mikrobiologie und Immunologie der Medizinischen Fakultät und Direktor des Labors für Bio-Nanomaterialien, Chemie und Technik am Herzinstitut der Universität von Ottawa ist.
Um die aufregenden Ergebnisse bei Mäusen zu validieren, versucht das Team nun, diese Technologie an minimalinvasive Verfahren anzupassen, die die Tests an großen Tiermodellen wie Kaninchen und Schweinen beschleunigen.
Dr. Alarcon lobte die Forschungskultur bei uOttawa und dem Heart Institute und sagte, dass die Freiheit zu forschen von größter Bedeutung sei. „Wenn Sie ein Umfeld haben, in dem Sie Fehler machen und kritisieren dürfen, fördert das wirklich Entdeckungen“, sagt er.
Das an der Veröffentlichung beteiligte Team umfasst Forscher von uOttawa und der Universität von Talca in Chile.
Marcelo Muñoz et al, Nanotechnologische sprühbare Therapie zur Behandlung von Myokardinfarkt, ACS-Nano (2022). DOI: 10.1021/acsnano.1c08890