Plasmoninen nanofototerminen ateroskleroosin hoito (NANOM-FIM)

Sydän- ja verisuonisairaudet (CVD) ovat yksi tärkeimmistä työkyvyttömyyden ja kuolinsyistä maailmanlaajuisesti. Taustalla oleva syy on yleensä ateroskleroosi ja erityisesti elintärkeän valtimon ateroskleroottisen plakin tromboottinen repeämä. Verenvirtauksen palauttaminen iskeemiseen sydänlihakseen on asetettu tärkeimmäksi tavoitteeksi sydän- ja verisuonitautipotilaiden hoidossa. Jotkut nykyaikaiset angioplastiatekniikat yleensä vain manipuloivat plakin muotoa ja niillä on joitain kliinisiä ja teknisiä rajoituksia, suhteellisen korkea komplikaatioiden määrä ja restenoosiriski.

Yleisimmät nykykäytännön tekniikat ovat angioplastia stentauksella ja CABG-leikkaus (potilaille, joilla on monisuonisairaus). Balloon angioplastia ja stentointi itse asiassa hallitsevat plakin muotoa, eivätkä aiheuta merkittävää plakkijäämien ongelmaa paikalta. Kun elektiivisen stentin implantoinnin rooli vakiintui, seuraavana tavoitteena oli voittaa subakuutin stenttitromboosin (ensinkin lääkkeitä eluoivien stenttien käyttö) ja neointimaalisen hyperplasian (paljasmetallistentti) komplikaatiot farmakologisin ja fysikaalisin keinoin. . Ratkaisemattomista kysymyksistä tutkijat voivat kuvata rajoituksia potilaille, joilla on suojaamattoman vasemman sepelvaltimon ahtauma, monisuonisairaus, diabetes mellitus, edelleen melko korkea stentin restenoosin määrä sekä ratkaisuna vieraaseen kehoon liittyvään ongelmaan. biohajoavien stenttien kehittäminen. Stentoinnin fyysisistä esteistä tutkijat voivat huomata, että ateroskleroottisen plakin muodostumista voi esiintyä useissa eri muodoissa. Plakki voi olla melko kova ja hilseilevä tai rasvaisempi ja taipuisampi. Lisäksi tohtori Peters D. kollegoidensa kanssa Santa-Barbarasta (2009) julkaisi omia tietoja uusista modulaarisista, monitoiminnallisista miselleistä, jotka sisältävät kohdeelementin, fluoroforin ja haluttaessa lääkekomponentin samassa partikkelissa. Ateroskleroottisten plakkien kohdistaminen ApoE-KO-hiirissä, joita ruokittiin runsasrasvaisella ruokavaliolla, suoritettiin pentapeptidillä, kysteiini-arginiini-glutamiinihappo-lysiini-alaniini, joka sitoutuu hyytyneisiin plasmaproteiineihin. Fluoresoivat misellit sitoutuvat plakin koko pintaan ja keskittyvät erityisesti plakin olkapäille, kohtaan, joka on altis repeämiselle. Ne osoittavat myös, että kohdennetut misellit toimittavat plakille suuremman pitoisuuden antikoagulantti-hirulogia verrattuna kohdentamattomiin miselleihin, jotka voivat vähentää verenvuotokomplikaatioita ja aterogeneesiä.

Lisäksi statiinilääkkeiden kyky vähentää ateroskleroottisen plakin määrää sepelvaltimon seinämässä, jota kutsutaan plakin regressioksi, on saanut paljon huomiota. Statiinilla on huomattava kokemus kolesterolin alentamisesta ja eloonjäämisen parantamisesta. Sen lisäksi, että ne alentavat matalatiheyksisten lipoproteiinikolesterolin (LDL-C) tasoa, niillä on myös lukuisia muita vaikutuksia, joita usein kutsutaan yhteisesti pleiotrooppisiksi vaikutuksiksi. JUPITER (2003), REVERSAL (2004), PROVE IT (2004), ESTABLISH (2004) ja ASTEROID (2006) tutkimukset ovat osoittaneet, että matalat LDL-tasot intensiivisen statiinihoidon jälkeen, kun siihen liittyy kohonnut HDL, voivat taantua tai kääntyä osittain. plakin kerääntyminen sepelvaltimoihin. Löydökset viittaavat siihen, että aterooman eri komponentit reagoivat eri tavalla hoitoon lääketieteellisillä hoidoilla, ja niitä voidaan käyttää kohdistamaan plakkeihin, jotka todennäköisesti reagoivat. Siten lipidipooli, tulehdusreaktio solujen migraatiomuodoissa, humoraalinen aineen vapautuminen ja turvotus ovat edelleen todennäköisimpiä farmakoterapian kohteita. Mutta esimerkiksi kuitukudos, mineraaliesiintymät ja pohjaaine näyttävät olevan peruuttamattomia aineenvaihdunnan manipuloinnista huolimatta.

Viime aikoina on kuvattu lukuisia laitteita, jotka käyttävät lämmön käyttöä ateroskleroottisen plakin poistamiseen (lasertekniikka, plakin sähkökirurginen poisto tai radiotaajuisen kipinän käyttö ja muut). Plasmoniikka on uusi invasiivinen lähestymistapa lääketieteessä, ja metallinanohiukkaset ovat uudentyyppisiä optisesti aktiivisia pallomaisia ​​komposiittihiukkasia, jotka koostuvat dielektrisestä ytimestä, jota peittää ohut metallikuori, joka on tyypillisesti kultaa. Kun nanopartikkeleita säteilytetään lähi-infrapunalaserilla, ne absorboivat energiaa, joka siirtyy nopeasti ei-säteilyllisen rentoutumisen kautta lämmöksi ja siihen liittyviksi vaikutuksiksi ja johtaa lopulta korjaamattomiin kudosvaurioihin. Onkologiassa metallinanohiukkaset voivat tarjota uuden keinon kohdennettuun plasmoniseen fototermiseen hoitoon (PPTT) kasvainkudoksessa, mikä minimoi ympäröivän terveen kudoksen vauriot. Tätä lähestymistapaa ei kuitenkaan käytetä kardiologiassa nykyään, sillä sillä on suuri potentiaali angioplastiaan. Nanoteknologioiden tehokkuutta rajoittavat kuitenkin puutteet nykyisessä ymmärryksessä nanopartikkelien ja laservalopulssien tai jatkuvien aaltojen välisistä lämpövuorovaikutuksista monimutkaisissa biologisissa ympäristöissä. Säteilytys, jopa kohtalaisilla energiapulsseilla, voi aiheuttaa nanohiukkasten sulamista, haihtumista ja pirstoutumista. Nämä tapahtumat voivat muuttaa suunniteltuja terapeuttisia vaikutuksia huomattavasti ja johtaa höyrykuplien sekä akustisten ja shokkiaaltojen muodostumiseen. Mutta viimeisistä haitoista voi tulla etuja hoidon tarkoituksesta riippuen. Siten tutkimus avaa uuden luvun plasmoniikan historiassa.

Tutkijat suunnittelivat tämän tutkimuksen tarkastaakseen sellaisen uuden angioplastian tekniikan, kuten plasmonisen aterodestructionin, potentiat kliiniset mahdollisuudet, tehokkuuden ja turvallisuuden. Tutkijat ovat tehneet seuraavat tutkimuskysymykset: 1) Onko mahdollista tuhota plakki plasmonisesti kokonaan minimaalisilla komplikaatioilla? 2) Mikä turvallisuustaso on tyypillinen eri lähestymistavoille, jos verrataan stentointiin? 3) Mitkä ovat eri kuljetustekniikoiden - kantasolujen tai magneettikentän - edut ja haitat? 4) Mikä on siirrettyjen mesenkymaalisten CD73+CD105+-kantasolujen merkitys ateroskleroosin hoidossa? 5) Voiko plasmoninen nanofototerminen terapia (PPTT) saada vaihtoehdon stentaukselle?

Plasmoninen fototerminen hoito (PPTT) voi mahdollisesti vähentää plakin määrää. PPTT sulattaa ateroskleroottisen plakin kudoksen, jossa kohdekudokset palavat korjaamattomalla tavalla, solujen sytoplasman ja solunulkoisen matriisin höyrykupliminen ja sitä seuraava kudosten hajoaminen sekä akustisten ja shokkiaaltojen tuhoavat vaikutukset mahdollisina plakin tappamismekanismeina. NP:t ovat ehdottoman turvallisia organismille, mutta koko kinetiikka on enimmäkseen tuntematon. Vaarallisin lähestymistapa, jolla on alhaisin teho- ja turvallisuustaso, on NP:iden toimittaminen mikrokuplien kanssa verrattuna kantasolupohjaiseen. Mesenkymaalisilla kantasoluilla on asianmukainen tehokkuus paikallisena jakelujärjestelmänä, jolla on paljon hyödyllisiä ominaisuuksia, kuten anti-inflammatorisia, anti-apoptoottisia ja monimetabolisia vaikutuksia, jotka johtavat plakin hajoamiseen. Siten PPTT:stä voi tulla vaihtoehto stentaukselle.

Mahdollisina ongelmina tutkijat voivat mainita 1) tekniikan näiden nanopartikkelien kuljettamiseksi suoraan plakkiin (kantasolut, aleuroniset mikrokuplat, joissa on pinnallisia vasta-aineita (paikallisena antojärjestelmänä), suora injektio tai infuusio sepelvaltimoihin ja plakkeihin CABG:n aikana tai PCI); 2) suuri riski saada akuutti fataali aterotromboos lämpökohdassa plakin kuitumaisen pään tuhoutumisesta (nanohiukkasten adheesion rooli endoteelin pinnalla); 3) nanodestructionin pitkäaikaiset vaikutukset paikallisesti ja koko elimistöön (kertymän jakautuminen ja vaikutukset eri elimiin); 4) tämän vaikutuksen mekanismi (plasmoninen mikroräjähdys ja kudoksen palaminen, solujen hajoaminen solujen sytoplasman ja solunulkoisten kudosten höyrykuplittamisesta, tuhoavat akustiset ja shokkiaallot); 5) optimaaliset biofysikaaliset parametrit ja tarvittavat nanoräjähdyksen energiatasot ympäröivien kudosten palamisen ja suonen perforaation estämiseksi; 6) plasmoninen vaurio on korjaamaton, ja se tarkoittaa, että tutkijoiden on yhdistettävä se toiseen suonen ennallistamiseen tarkoitettuun biotekniikkaan, kuten kantasolujen käyttöön; 7) optimaalinen kantasolutyyppi (lähde, alkuperä, erilaistumisaste, potentiaali, ominaisuudet).

Joten nykyisten vähän invasiivisten lähestymistapojen (stentointi, statiinilääkkeet ja muut, laser-, sähkökirurgiset laitteet) haitat:

• Vieras kappale sydämessä
• Restenoosi, mukaan lukien neointimaalinen hyperplasia (satunnaiset ja kiertävät kantasolut eri alkuperää ovat mukana)
• Kuolemaan johtavan akuutin tai subakuutin aterotromboosin riski (mukaan lukien stentissä oleva subakuutti aterotromboosi)
• Ei-patogeneettinen - ei pysty kumoamaan tai merkittävästi regressioimaan plakkia
• Ei vaikutusta uudistamiseen ja kalkkeutumiseen (rajoitus välttämättömälle uudistukselle)
• Kliiniset rajoitukset joillekin ryhmille (monisuolensairaus, vasen pää CAD, diabetes mellitus, vaikea CAD jne.), toisaalta CABG on erittäin traumaattinen toimenpide (ratkaisu - MICS, mukaan lukien saavutukset endoskooppisessa stereotaksisessa kirurgiassa), mutta CABG on silti vaikeissa tai suuren riskin potilaissa

Tutkitun lähestymistavan haitat:

• Erityisen toimitustekniikan välttämättömyys
• Valtimon toimintakyvyn menetys - korjaamaton profibroottinen vaurio - toisen kliinisen hoidon tarve kudoksen palauttamiseksi - kantasoluilla tapahtuvan palautushoidon välttämättömyys
• Akuutin kuolemaan johtavan aterotromboosin uhka, joka johtuu (haavoittuvan) plakin repeämisestä
• Ei pysty hoitamaan plakin epäorgaanista osaa - erikoishoidon välttämättömyys - kantasolut
• Voimakkaiden haitallisten sivuvaikutusten haitat - höyryn kupliminen (sytoplasman ja ECM:n kiehuminen ja sitä seuraava solujen hajoaminen ja pro-apoptoottisten kaskadien provokaatio), akustiset ja shokkiaallot, jotka johtuvat plasman synnyttämästä laserin aiheuttamasta nanokuorten räjähdyksestä kudoksessa
• Epätasainen (hallitsematon) kuumennus - kiinnostuksen kohteena olevaa kohdetta ympäröivä kudos voi saavuttaa lämpötilan 38-39 asteeseen asti. Mutta polttokohdassa lopullinen lämpötila voi olla noin 50-180 C (kauterisaatio/paahtava/sulatusvaikutus) seuraten kudoksen kuitua edistävää vaikutusta.