logo

Пользовательского поиска

Wednesday 26th of September 2018

Нанотехнологии и регенеративная медицина: кардиологам помогут наночастицы для визуализации стволовых клеток

Печать E-mail
Рейтинг пользователей: / 0
ХудшийЛучший 
Актуальные темы - Нанотехнологии в медицине и биологии
Автор: Administrator   
25.03.2013 14:32

 

2

(© Sergey Niven/Fotolia)


Попытки восстановления больного сердца методами регенеративной медицины – введением в него стволовых клеток в надежде, что эти клетки заменят изношенную или поврежденную ткань новой, – пока не увенчалось значимыми клиническими успехами. Но сверхчувствительная методика визуализации, разработанная учеными Школы медицины Стэнфордского университета (Stanford University School of Medicine), может помочь повысить эффективность этого метода.


«Испытания на организме человека и на животных, в которых стволовые клетки вводились в ткань сердца для лечения тяжелых инфарктов или выраженной сердечной недостаточности, фактически закончились неудачей», - делится своими мыслями старший автор исследования профессор и руководитель кафедры радиологии Сэм Гамбхир (Sam Gambhir), PhD, MD. «Мы утверждаем, что эти неудачи, по крайней мере, частично, связаны с неправильной начальной локализацией вводимых клеток. Для визуализации иглы, через которую стволовые клетки вводятся в сердце, можно использовать ультразвук. Но как только клетки покидают иглу, их след теряется».

В результате остаются без ответа ключевые вопросы: действительно ли клетки попали в стенку сердца? Если попали, остаются ли они в ней или диффундируют из сердца? Если они попали в стенку и остались там, как долго они живы? Пролиферируют ли они и дифференцируются ли в сердечную ткань?

«Всем, кто занимается стволовыми клетками, хочется, чтобы клетки достигали мишени, но до сих пор им приходилось стрелять вслепую», - продолжает профессор Гэмбхир. «Новая технология поможет им. Впервые у них появится возможность в режиме реального времени наблюдать, куда именно попадают вводимые стволовые клетки, и вести их дальнейший мониторинг. Если введение стволовых клеток не приводит к улучшению состояния пациента, наша технология поможет понять, почему, и скорректировать подход».

Однако невозможность точно определить начальную локализацию вводимых стволовых клеток – лишь часть проблемы. Стволовые клетки ничем не отличаются от других клеток организма пациента, и поэтому, как только они вышли из иглы, их уже невозможно обнаружить. Если в первые недели после инъекции стволовых клеток ритм сокращений и насосную функцию сердца улучшить не удалось – а сегодня чаще случается именно так, а не наоборот – вы не знаете, почему это произошло. Такая двусмысленность вкупе с отсутствием подходящих инструментов для визуализации не позволяет ученым и врачам оптимизировать этот терапевтический подход.

Новая методика основана на маркировке стволовых клеток, позволяющей отслеживать их с помощью стандартного ультразвука и более точно направлять к области-мишени непосредственно после выхода из иглы, а затем, в течение нескольких недель после инъекции, осуществлять их МРТ-мониторинг.

Чтобы сделать это возможным, лаборатория профессора Гамбхира разработала специализированный контрастный агент – наночастицы диаметром чуть меньше одной трети микрона (менее одной трехтысячной толщины человеческого волоса или одной тридцатой диаметра эритроцита). Акустические свойства основного компонента этих наночастиц – диоксида кремния – позволяют визуализировать их с помощью ультразвука. Кроме того, наночастицы легированы редкоземельным элементом гадолинием, используемым в качестве контраста для МРТ.

 

Профессор и руководитель кафедры радиологии Школы медицины Стэнфордского университета Сэм Гамбхир (Sam Gambhir), PhD, MD, научный сотрудник Стэнфордского института рака (Stanford Cancer Institute).

 

Профессор и руководитель кафедры радиологии Школы медицины Стэнфордского университета Сэм Гамбхир (Sam Gambhir), PhD, MD, научный сотрудник Стэнфордского института рака (Stanford Cancer Institute). (Фото: Steve Fisch)

 

 

 

 

 

Стэнфордские ученые показали, что мезенхимальные стволовые клетки – класс клеток, часто используемых в исследованиях, связанных с регенерацией сердца, – способны поглощать и сохранять такие наночастицы без потери способности к выживанию, пролиферации и дифференциации в клетки сердечной мышцы. Новые наночастицы обладают и флуоресцентными свойствами, что дает ученым возможность определять, какими именно мезенхимальными стволовыми клетками они поглощены.

Сразу после выхода из иглы загруженные наночастицами стволовые клетки мышей, свиней или человека, введенные в сердце здоровых мышей, можно было наблюдать с помощью ультразвука, и, следовательно, ученые имели большую гарантию попадания клеток в нужные области сердечной стенки. Две недели спустя все еще можно было получить сильный сигнал МРТ. (В конце концов, продолжающееся деление введенных здоровых стволовых клеток ослабило МРТ-сигнал ниже предела обнаружения.)

«Надо признать, мы были настроены несколько скептически», – вспоминает ведущий автор исследования Джесc Джокерст (Jesse Jokerst), PhD, постдокторант лаборатории профессора Гамбхира. «Поскольку частицы очень малы, мы не ожидали большой силы сигнала. Но, попадая внутрь клеток, наночастицы слипаются друг с другом, усиливая отражение ультразвуковых волн и обеспечивая удивительно сильный сигнал».

«Нам повезло», - добавляет профессор Гамбхир. «Иногда риск оправдывает себя».

Новые наночастицы делают возможным обнаружить всего лишь 70000 стволовых клеток с помощью ультразвука и 250000 с помощью МРТ – количества, ничтожно малые по сравнению с десятками и сотнями миллионов стволовых клеток, вводимых в человеческое сердце в проводимых сегодня клинических испытаниях.

Никаких признаков интоксикации или различий в поведении мышей, получавших содержащие наночастицы стволовые клетки, по сравнению с контрольными животными, получавшими стволовые клетки без наночастиц, не наблюдалось. В США уже разрешено использование наночастиц для других медицинских приложений, а оксид кремния считается относительно нетоксичным и используется в клинике. Токсичный в высоких дозах гадолиний разрешен FDA к применению в дозах значительно больших, чем необходимо для новой технологии визуализации даже при условии введения сотен миллионов стволовых клеток. Однако дополнительные тесты на токсичность, по мнению профессора Гамбхира, все же необходимы.

Использованные в этом исследовании мыши были совершенно здоровы. Следующим шагом будут эксперименты на мышах или свиньях с аналогами человеческих болезней сердца, а также детальное изучение токсичности наночастиц.

В обозримом будущем лечение стволовыми клетками болезней сердца не будет дешевой процедурой – ее стоимость, по предварительным оценкам, будет составлять порядка нескольких десятков тысяч долларов. Но, по мнению доктора Гамбхира, успешное вмешательство может оказаться экономически эффективным, поскольку, являясь одноразовой процедурой, оно может снять необходимость постоянного приема лекарственных препаратов или хотя бы сократить его продолжительность. Новый метод визуализации, по-видимому, добавит к стоимости процедуры дополнительные $2500, но он может значительно повысить шансы на успех. Этот подход может быть использован и для регенерации других органов, например, печени.

Новая методика визуализации описана в статье, опубликованной в журнале Science Translational Medicine. По мнению ученых, ее тестирование на организме человека начнется, вероятно, через три-пять лет.

 

 

По материалам

Stem cells entering heart can be tracked with nano-‘hitchhikers,’ scientists say

 

Аннотация к статье Intracellular Aggregation of Multimodal Silica Nanoparticles for Ultrasound-Guided Stem Cell Implantation

 

© «Нанотехнологии и регенеративная медицина: кардиологам помогут наночастицы для визуализации стволовых клеток». Полная или частичная перепечатка материала разрешается при обязательной незакрытой от индексации, незапрещенной для следования робота активной гиперссылке на данную страницу сайта LifeSciencesToday.

 

 

 

 

Related Articles:
 

Vinaora Visitors Counter

mod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_counter
mod_vvisit_counterToday1342
mod_vvisit_counterYesterday1489
mod_vvisit_counterThis week5864
mod_vvisit_counterLast week12560
mod_vvisit_counterThis month31172
mod_vvisit_counterLast month26517
mod_vvisit_counterAll days4121578

We have: 4 guests, 3 bots online
Your IP: 54.162.15.31
 , 
Today: Сен 25, 2018

RSS

Новое на LST

Работает на Joomla!. Valid XHTML and CSS.