潜在治疗骨关节炎软骨防止击穿: 由纳米颗粒的注射材料可在整个软骨提供关节炎药物

骨性关节炎, 引起严重的关节疼痛的疾病, 影响超过 20 万人在美国. 一些药物治疗可以帮助减轻疼痛, 但目前还没有治疗方法，可以逆转或减缓与所述疾病相关的软骨破坏.

在提前，可以提高可用于治疗骨关节炎的治疗方案, 麻省理工学院的工程师设计了可以直接管理药物的软骨新材料. 该材料可以深入渗透软骨, 提供药物可能治愈受损组织.

与IGF-1树枝状纳米粒子进行处理后六天 (蓝色), 颗粒已穿过膝关节的软骨渗透. 图片: 布雷特·盖革和杰夫·威科夫

“这是一个办法直接获取的细胞正在经历的伤害, 并引进不同种类可能会改变他们的行为疗法,”保拉·哈蒙德说：, 化工麻省理工学院的系主任, 麻省理工学院的科赫研究所综合癌症研究中的一员, 该研究的资深作者.

在对大鼠进行研究, 研究人员发现，提供一种实验性药物称为胰岛素样生长因子 1 (IGF-1) 用这种新材料更有效地防止软骨破坏比注射药物进入自身的联合.

布雷特·盖格, 麻省理工学院的研究生, 是论文的主要作者, 它出现在十一月. 28 问题在于 科学转化医学. 其他作者是雪儿王, 麻省理工学院的研究生, 罗伯特·特殊, 病理布里格姆妇女医院的副教授, 和阿伦·格罗德齐因斯基, 生物工程的麻省理工学院教授.

更好地提供

骨关节炎是可以由外伤引起，如撕裂韧带一种渐进性疾病; 它也可以从逐渐穿着软骨下随着年龄的增长导致. 保护关节的平滑结缔组织, 软骨是由细胞称为软骨细胞产生，但一旦它被损坏时不容易更换.

以往的研究表明，IGF-1可以帮助再生动物软骨. 然而, 许多骨关节炎药物表现出在动物实验中的承诺没有在临床试验中表现良好.

MIT的研究小组怀疑，这是因为这些药物是从联合清除才可以达到他们的目的是要针对软骨细胞的深层. 为了克服, 他们着手设计，可以穿透所有的方式，通过软骨材料.

在该球形分子，他们想出了包含很多所谓的树枝状分支从中央核心的支链结构. 该分子具有在其每个分支的前端的正电荷, 这有助于它绑定到带负电荷的软骨. 其中有些费用可以用一个短的柔性来代替, 喜水的聚合物, 被称为PEG, 可以左右摆动表面上，并部分地覆盖正电荷. IGF-1的分子也被连接到表面.

当这些粒子被注入到关节, 它们涂覆软骨的表面上，然后开始通过它扩散. 这是他们更容易做的比它是免费的IGF-1，因为球正电荷使他们能够绑定到软骨，防止他们被冲走. 带电分子不会永久地粘附, 然而. 由于表面上的柔性PEG链，覆盖和暴露负责，因为他们移动, 所述分子可以简单地从分离的软骨, 使他们能够更深入进入组织.

“我们发现最佳的充电范围，使得所述材料可以既结合组织并解除绑定用于进一步扩散, 并没有如此强大，它只是卡在表面,”盖格说：.

一旦颗粒到达软骨细胞, 的IGF-1的分子结合到细胞表面上的受体，并刺激细胞开始生产蛋白聚糖, 软骨的积木和其他结缔组织. 的IGF-1还促进细胞生长，并防止细胞死亡.

关节修复

当研究人员将注入颗粒进入大鼠的膝关节, 他们发现，该材料具有约四天半衰期, 这是 10 时间长于IGF-1注射自身. 在关节中的药物浓度保持足够高，以具有约治疗效果 30 天. 如果这适用于人类真, 这只能给予每月或每两周 - - 患者能够从关节注射大大有利于研究人员说，.

在动物实验中, 研究人员发现，在软骨与纳米颗粒 - 药物组合治疗的受伤的关节远远超过与IGF-1单独处理的未处理的关节或关节软骨损伤少. 关节还显示关节炎症和骨骨刺形成减少.

“这是一个重要验证的概念，建立在最新进展是确定了合成代谢生长因子的临床承诺 (如IGF-1), 在临床相关模型有前途的疾病修改结果. 的利用纳米粒子在维持并改善骨关节炎的治疗的方式生长因子递送对于纳米医学一个显著步骤,“说坎南Rangaramanujam, 在医学的约翰霍普金斯大学眼科及中心纳米医学的副主任教授, 谁没有参与这项研究.

软骨关节鼠大约是 100 微米厚, 但研究人员也发现，他们的颗粒可以穿透软骨块最多 1 毫米 - 软骨在人体关节的厚度.

“这是一件非常困难的事情. 药品通常它们能够通过多软骨的采取任何行动之前将被清除,”盖格说：. “当你开始考虑在老鼠研究中把这项技术，较大的动物和人类有朝一日, 这项技术的成功的能力取决于其在较厚的软骨的工作能力。”

研究人员开始开发这种材料作为一种治疗骨关节炎外伤后产生, 但他们相信它也可以适应于治疗与年龄相关的骨关节炎. 他们现在计划探索提供不同类型的药物的可能性, 如其它生长因子, 药物阻断炎性细胞因子, 和核酸如DNA和RNA.

资源: HTTP://news.mit.edu, 安妮特拉夫顿