Przełomowa nanoplatforma w terapii miażdżycy: połączenie leków z terapią fototermalną

Jak nowoczesna nanoplatforma rewolucjonizuje terapię miażdżycy?

Badanie opisuje opracowanie innowacyjnej nanoplatformy terapeutycznej do leczenia miażdżycy, integrującej kontrolowane dostarczanie leków z terapią fototermalną aktywowaną w bliskiej podczerwieni. Naukowcy stworzyli inteligentny system nanocząstek (HALA@Ag₂S), który łączy ukierunkowane dostarczanie leków przeciwzapalnych i hipolipemizujących z możliwością obrazowania i terapii fototermalnej w zakresie NIR-II.

Badana populacja obejmowała model mysiej miażdżycy – myszy ApoE⁻/⁻ karmione dietą wysokotłuszczową przez 15 tygodni, co doprowadziło do rozwoju blaszek miażdżycowych. Interwencja terapeutyczna rozpoczynała się od dziewiątego tygodnia poprzez iniekcje dożylne dwa razy w tygodniu, aż do tygodnia 15. Badania in vitro przeprowadzono na komórkach makrofagowych RAW264.7, które odgrywają kluczową rolę w patogenezie miażdżycy, stymulowanych lipopolisacharydem (LPS) i utlenionym LDL (ox-LDL) w celu wywołania stanu zapalnego i formowania komórek piankowych.

Naukowcy zaprojektowali nanoplatformę składającą się z kwasu hialuronowego (HA) funkcjonalizowanego aspiryną i lowastatyną, połączonego z kropkami kwantowymi siarczku srebra (Ag₂S). System wykorzystuje nadekspresję receptora CD44 oraz enzymu hialuronidazy w blaszkach miażdżycowych do precyzyjnego celowania i kontrolowanego uwalniania leków. Nanocząsteczki wykazywały stabilny rozmiar około 170 nm i efektywność enkapsulacji wynoszącą 35,4% dla aspiryny i 61,6% dla lowastatyny. W warunkach symulujących środowisko blaszki miażdżycowej (pH 5,5, obecność hialuronidazy), ponad 80% enkapsulowanych leków było uwalniane w ciągu 72 godzin, podczas gdy w nieobecności hialuronidazy uwalnianie leków było minimalne, co potwierdza specyficzność mechanizmu uwalniania zależnego od enzymu.

Czy badania in vitro potwierdzają skuteczność systemu?

Badania in vitro wykazały, że opracowane nanocząstki są wysoce biokompatybilne, z minimalną cytotoksycznością (żywotność komórek powyżej 80% nawet przy stężeniach do 200 μg/mL) i hemolizą poniżej 3%. System wykazywał zwiększone pobieranie przez aktywowane makrofagi z podwyższoną ekspresją CD44, co potwierdzono za pomocą obrazowania NIR-II. Analiza Western blot wykazała znaczącą nadekspresję CD44 w makrofagach stymulowanych LPS (1,9-krotny wzrost) i ox-LDL (1,4-krotny wzrost) w porównaniu do kontroli, co wyjaśnia preferencyjną internalizację nanocząstek pokrytych HA.

Pod wpływem naświetlania laserem 808 nm, nanocząstki wykazywały wydajną konwersję fototermalną, osiągając temperatury powyżej 52°C przy stężeniu 200 μg/mL, co umożliwiało modulację środowiska zapalnego. W porównaniu do samych kropek kwantowych Ag₂S, system HALA@Ag₂S wykazywał umiarkowaną cytotoksyczność pod wpływem lasera, wskazując na zrównoważony efekt terapeutyczny odpowiedni do leczenia miażdżycy. Barwienie Calcein AM/PI potwierdziło te wyniki, wykazując znacznie niższy wskaźnik apoptozy dla HALA@Ag₂S (22,4%) w porównaniu do samych kropek kwantowych Ag₂S (55,7%).

Terapia kombinowana znacząco redukowała akumulację lipidów w komórkach piankowych, co potwierdzono barwieniem Nile Red i Oil Red O. Sama terapia lekami redukowała zawartość komórek piankowych o około 35%, podczas gdy terapia kombinowana prowadziła do redukcji o 55%. Badania mechanistyczne wykazały, że terapia HALA@Ag₂S modulowała ekspresję białek związanych z metabolizmem cholesterolu, zwiększając ekspresję ABCA1 (odpowiedzialnego za wypływ cholesterolu) i zmniejszając ekspresję SREBP2 (regulującego syntezę i wychwyt cholesterolu), co sugeruje zwiększony wypływ cholesterolu i zahamowanie szlaków syntezy lub wychwytu cholesterolu.

Jakie korzyści przynosi terapia in vivo?

W badaniach in vivo, nanocząstki HALA@Ag₂S selektywnie gromadziły się w blaszkach miażdżycowych, osiągając maksymalną intensywność fluorescencji NIR-II 2 godziny po iniekcji. Terapia kombinowana (nanocząstki z naświetlaniem laserowym) prowadziła do znaczącej redukcji powierzchni blaszki miażdżycowej o 53% w porównaniu do grupy kontrolnej, podczas gdy sama terapia HALA redukowała obszar blaszki o około 28,95%. Obserwowano również istotną poprawę profilu lipidowego, z obniżeniem całkowitego cholesterolu (TC) i LDL-C oraz podwyższeniem HDL-C. Poziomy trójglicerydów (TG) nie wykazywały znaczących zmian między grupami, sugerując ukierunkowaną regulację szlaków cholesterolowych, a nie metabolizmu trójglicerydów.

Badania histopatologiczne wykazały poprawę struktury ściany naczyniowej, z korzystną remodelacją kolagenu i włókien elastycznych. Barwienie Sirius Red wykazało zmniejszone odkładanie kolagenu w grupie leczonej HALA@Ag₂S, sugerując poprawę terapii blaszki. Barwienie Elastica van Gieson (EVG) ujawniło, że grupa leczona PBS wykazywała wyraźne ścieńczenie i utratę włókien elastycznych wraz ze zwiększoną ilością pękniętych włókien elastycznych. W przeciwieństwie do tego, grupy leczone wykazywały mniej fragmentów włókien elastycznych i mniejsze zakłócenia, wskazując na zachowanie elastyczności tętnic. Godnym uwagi jest fakt, że po terapii fototermalnej z naświetlaniem laserowym, można było zaobserwować nienaruszone włókna elastyczne z niewielkim obszarem pęknięć.

Ocena bezpieczeństwa biologicznego wykazała, że wszystkie rutynowe parametry hematologiczne, takie jak poziom białych krwinek, czerwonych krwinek, płytek krwi i hemoglobiny, pozostawały w normalnym zakresie zarówno w grupie leczonej samym HALA@Ag₂S, jak i w grupie otrzymującej dodatkowe leczenie laserowe. Badania biodystrybucji ex vivo wykazały intensywne sygnały fluorescencyjne z wątroby i płuc 2 godziny po iniekcji, które zmniejszały się z czasem, z prawie całkowitą utratą sygnału po 8 godzinach, wskazując na efektywne usuwanie nanocząstek. Badania histopatologiczne ważnych narządów (serce, wątroba, śledziona, płuca, nerki) wykazały minimalne nieprawidłowości hepatocytów i pogrubienie śródmiąższu płuc w porównaniu do kontroli.

Wyniki badań wskazują, że opracowana nanoplatforma HALA@Ag₂S stanowi obiecującą strategię terapeutyczną w leczeniu miażdżycy, oferując precyzyjne dostarczanie leków, kontrolowane uwalnianie oraz możliwość terapii fototermalnej. System wykazuje wysoką biokompatybilność i skuteczność w redukcji blaszek miażdżycowych oraz modulacji procesów zapalnych i metabolizmu lipidów. Badania te otwierają nowe perspektywy w rozwoju zaawansowanych terapii celowanych w chorobach sercowo-naczyniowych.

Podsumowanie

Naukowcy opracowali przełomową nanoplatformę terapeutyczną HALA@Ag₂S do leczenia miażdżycy, która łączy kontrolowane dostarczanie leków przeciwzapalnych i hipolipemizujących z terapią fototermalną. System składa się z kwasu hialuronowego funkcjonalizowanego aspiryną i lowastatyną, połączonego z kropkami kwantowymi siarczku srebra. Badania na modelu mysim wykazały, że nanocząstki o rozmiarze 170 nm skutecznie gromadziły się w blaszkach miażdżycowych i uwalniały leki w odpowiedzi na lokalne warunki biochemiczne. Terapia kombinowana (nanocząstki z naświetlaniem laserowym) zmniejszyła powierzchnię blaszki miażdżycowej o 53% oraz poprawiła profil lipidowy. System wykazał wysoką biokompatybilność, minimalną cytotoksyczność i efektywne usuwanie z organizmu. Innowacyjne połączenie precyzyjnego dostarczania leków z terapią fototermalną stanowi obiecującą strategię w leczeniu miażdżycy.