Il potenziale trattamento dell'artrosi previene la rottura della cartilagine: Il materiale iniettabile costituito da particelle su scala nanometrica può fornire farmaci per l'artrite in tutta la cartilagine

L'osteoartrite, una malattia che provoca forti dolori articolari, colpisce più di 20 milioni di persone negli Stati Uniti. Alcuni trattamenti farmacologici possono aiutare ad alleviare il dolore, ma non ci sono trattamenti che possono invertire o rallentare la rottura della cartilagine associata alla malattia.

In un progresso che potrebbe migliorare le opzioni di trattamento disponibili per l'osteoartrosi, Gli ingegneri del MIT hanno progettato un nuovo materiale in grado di somministrare farmaci direttamente alla cartilagine. Il materiale può penetrare in profondità nella cartilagine, fornire farmaci che potrebbero potenzialmente guarire il tessuto danneggiato.

Sei giorni dopo il trattamento con IGF-1 trasportato da nanoparticelle di dendrimeri (blu), le particelle sono penetrate attraverso la cartilagine dell'articolazione del ginocchio. Immagine: Brett Geiger e Jeff Wyckoff

“Questo è un modo per arrivare direttamente alle cellule che stanno subendo il danno, e introdurre diversi tipi di terapie che potrebbero cambiare il loro comportamento,dice Paula Hammond, capo del Dipartimento di Ingegneria Chimica del MIT, un membro della Koch Institute del MIT for Integrative Cancer Research, e l'autore senior dello studio.

In uno studio sui ratti, i ricercatori hanno dimostrato che la somministrazione di un farmaco sperimentale chiamato fattore di crescita simile all'insulina 1 (IGF-1) con questo nuovo materiale ha impedito la rottura della cartilagine in modo molto più efficace rispetto all'iniezione del farmaco nell'articolazione da solo.

Brett Geiger, uno studente laureato del MIT, è l'autore principale dell'articolo, che compare nel nov. 28 problema di Scienza Medicina traslazionale. Altri autori sono Sheryl Wang, uno studente laureato del MIT, Roberto Padera, professore associato di patologia al Brigham and Women's Hospital, e Alan Grodzinsky, Gli impulsi elettrici derivano dalle comunicazioni interne del cervello.

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L'artrosi è una malattia progressiva che può essere causata da una lesione traumatica come la rottura di un legamento; può anche derivare dal graduale logoramento della cartilagine man mano che le persone invecchiano. Un tessuto connettivo liscio che protegge le articolazioni, la cartilagine è prodotta da cellule chiamate condrociti ma non è facilmente sostituibile una volta danneggiata.

Precedenti studi hanno dimostrato che l'IGF-1 può aiutare a rigenerare la cartilagine negli animali. tuttavia, molti farmaci per l'osteoartrosi che hanno mostrato risultati promettenti negli studi sugli animali non hanno funzionato bene negli studi clinici.

Il team del MIT sospettava che ciò fosse dovuto al fatto che i farmaci erano stati eliminati dall'articolazione prima che potessero raggiungere lo strato profondo di condrociti che avrebbero dovuto colpire.. Per superare questo, hanno deciso di progettare un materiale che potesse penetrare completamente attraverso la cartilagine.

La molecola a forma di sfera che hanno inventato contiene molte strutture ramificate chiamate dendrimeri che si diramano da un nucleo centrale. La molecola ha una carica positiva sulla punta di ciascuno dei suoi rami, che lo aiuta a legarsi alla cartilagine caricata negativamente. Alcune di queste cariche possono essere sostituite con un breve flessibile, polimero che ama l'acqua, conosciuto come PEG, che può oscillare sulla superficie e coprire parzialmente la carica positiva. Anche le molecole di IGF-1 sono attaccate alla superficie.

Quando queste particelle vengono iniettate in un'articolazione, rivestono la superficie della cartilagine e poi iniziano a diffondersi attraverso di essa. Questo è più facile per loro rispetto a IGF-1 gratuito perché le cariche positive delle sfere consentono loro di legarsi alla cartilagine e impedire che vengano lavate via. Le molecole cariche non aderiscono in modo permanente, tuttavia. Grazie alle catene PEG flessibili sulla superficie che coprono e scoprono la carica mentre si muovono, le molecole possono staccarsi brevemente dalla cartilagine, consentendo loro di muoversi più in profondità nel tessuto.

“Abbiamo trovato un intervallo di carica ottimale in modo che il materiale possa sia legare il tessuto che sciogliersi per un'ulteriore diffusione, e non essere così forte da rimanere bloccato in superficie,dice Geiger.

Una volta che le particelle raggiungono i condrociti, le molecole di IGF-1 si legano ai recettori sulla superficie cellulare e stimolano le cellule a iniziare a produrre proteoglicani, gli elementi costitutivi della cartilagine e di altri tessuti connettivi. L'IGF-1 promuove anche la crescita cellulare e previene la morte cellulare.

Riparazione articolare

Quando i ricercatori hanno iniettato le particelle nelle articolazioni del ginocchio dei ratti, hanno scoperto che il materiale aveva un'emivita di circa quattro giorni, che è 10 volte più a lungo di IGF-1 iniettato da solo. La concentrazione del farmaco nelle articolazioni è rimasta abbastanza alta da avere un effetto terapeutico per circa 30 giorni. Se questo vale per gli esseri umani, i pazienti potrebbero trarre grandi benefici dalle iniezioni articolari, che possono essere somministrate solo mensilmente o bisettimanalmente, affermano i ricercatori.

Negli studi sugli animali, i ricercatori hanno scoperto che la cartilagine nelle articolazioni danneggiate trattate con la combinazione nanoparticelle-farmaco era molto meno danneggiata della cartilagine nelle articolazioni non trattate o trattate solo con IGF-1. Le articolazioni hanno anche mostrato riduzioni dell'infiammazione articolare e della formazione di speroni ossei.

"Si tratta di un'importante prova di concetto che si basa sui recenti progressi nell'identificazione di fattori di crescita anabolici con promesse cliniche (come l'IGF-1), con promettenti risultati modificanti la malattia in un modello clinicamente rilevante. La consegna di fattori di crescita utilizzando nanoparticelle in un modo che sostiene e migliora i trattamenti per l'osteoartrosi è un passo significativo per le nanomedicine," dice Kannan Rangaramanujam, professore di oftalmologia e condirettore del Center for Nanomedicine presso la Johns Hopkins School of Medicine, che non è stato coinvolto nella ricerca.

La cartilagine nelle articolazioni del ratto riguarda 100 spessore di micron, ma i ricercatori hanno anche dimostrato che le loro particelle possono penetrare fino a pezzi di cartilagine 1 millimetro — lo spessore della cartilagine in un'articolazione umana.

“È una cosa molto difficile da fare. I farmaci in genere vengono eliminati prima che siano in grado di muoversi attraverso gran parte della cartilagine,dice Geiger. “Quando inizi a pensare di tradurre questa tecnologia dagli studi sui ratti agli animali più grandi e un giorno agli esseri umani, la capacità di successo di questa tecnologia dipende dalla sua capacità di lavorare nella cartilagine più spessa”.

I ricercatori hanno iniziato a sviluppare questo materiale come un modo per trattare l'artrosi che si verifica dopo una lesione traumatica, ma credono che potrebbe anche essere adattato per trattare l'artrosi legata all'età. Ora hanno in programma di esplorare la possibilità di fornire diversi tipi di farmaci, come altri fattori di crescita, farmaci che bloccano le citochine infiammatorie, e acidi nucleici come DNA e RNA.

fonte: http://news.mit.edu, di Anne Trafton