Kan nanotech de voortgang van artrose vertragen?
Er is nog steeds geen remedie voor artrose. Een innovatieve nanotechnologische benadering kan echter helpen om therapeutische middelen dieper in het aangetaste kraakbeen te sturen en langer actief te blijven.
Osteoartritis is overwegend een aandoening die wordt geassocieerd met oudere volwassenen en is een invaliderende aandoening.
Artrose beïnvloedt het kraakbeen in de gewrichten van het lichaam en treft naar schatting 26 miljoen mensen in de Verenigde Staten.
Soms begint de aandoening met een verwonding of ziektegerelateerde schade aan het gewricht.
Op andere momenten is het te wijten aan slijtage veroorzaakt door jarenlang gebruik.
In alle gevallen is er momenteel geen manier om de voortgang ervan te stoppen. Zoals het er nu uitziet, zijn de enige beschikbare opties medicijnen om de bijbehorende pijn te verlichten.
Naarmate de bevolking steeds ouder en zwaarder wordt - beide risicofactoren voor artrose - wordt het een nog groter probleem.
Omdat pijn het overheersende symptoom is, draagt osteoartritis bovendien bij aan de opioïde verslavingscrisis. Het vinden van innovatieve manieren om tussenbeide te komen in de opmars van deze ziekte is dringender dan ooit.
Het probleem van medicijnafgifte
Onlangs raakten onderzoekers van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge erbij betrokken. Ze onderzochten manieren om nanotechnologie te gebruiken om experimentele medicijnen tegen artrose te verbeteren.
Ze publiceerden hun bevindingen in het tijdschrift Translationele geneeskunde eerder deze week.
In de loop der jaren hebben wetenschappers een breed scala aan chemicaliën tegen artrose gebruikt. Sommige hebben veelbelovend getoond in diermodellen, maar tot op heden is er geen enkele nuttig gebleken bij menselijke patiënten.
De auteurs van de nieuwe studie zijn van mening dat "[m] al deze tekortkomingen zijn geworteld in een inadequate medicijnafgifte."
Dit heeft twee belangrijke redenen. Ten eerste hebben de gewrichten een gebrek aan bloedtoevoer, wat betekent dat specialisten zelf medicijnen rechtstreeks in de gewrichten moeten injecteren. Ten tweede heeft lymfedrainage de neiging om verbindingen die in gewrichten worden geïnjecteerd, snel te verwijderen.
Om deze hindernis te overwinnen, concentreerden de wetenschappers zich op het ontwerpen van een manier om medicijnen voor langere tijd in het gewricht af te geven en vast te houden, terwijl ze ook dieper in het kraakbeen duiken, waardoor medicatie rechtstreeks naar de cellen wordt gebracht waar het nodig is.
De medicatie waarop ze zich concentreerden, was insuline-achtige groeifactor 1 (IGF-1), een verbinding die in sommige klinische onderzoeken veelbelovend is gebleken. Deze groeifactor bevordert de groei en overleving van chondrocyten, de cellen waaruit gezond kraakbeen bestaat.
Kleine bollen
De onderzoekers ontwierpen een bolvormig molecuul op nanoschaal als drager voor IGF-1. Het molecuul is samengesteld uit vele takken, dendrimeren genaamd, die voortkomen uit een centrale kern.
Elke tak eindigt met een positief geladen gebied dat wordt aangetrokken door de negatieve lading op het oppervlak van chondrocyten.
De moleculen bevatten ook een zwaaiende polymeerarm die de positieve ladingen bedekt en met tussenpozen neutraliseert. De onderzoekers hechtten IGF-1-moleculen aan het oppervlak van deze bol en injecteerden de verbinding in de gewrichten van ratten.
Als deze deeltjes eenmaal in het lichaam zijn, binden ze zich aan kraakbeen en kan de lymfedrainage ze niet meer verwijderen. Van daaruit kunnen ze beginnen te diffunderen in het weefsel.
De bollen hechten echter niet permanent, omdat ze hierdoor aan het oppervlak van het kraakbeen vast blijven zitten. De flexibele polymeerarm bedekt af en toe de ladingen, waardoor het molecuul kan bewegen en zich dieper in het weefsel kan onderdompelen.
"We hebben een optimaal ladingsbereik gevonden, zodat het materiaal zowel het weefsel kan binden als kan worden losgemaakt voor verdere diffusie, en niet zo sterk is dat het gewoon aan het oppervlak blijft hangen."
Hoofdonderzoeksauteur Brett Geiger, een MIT-afgestudeerde student
Als IGF-1 wordt geïntroduceerd in de chondrocyten, induceert het de afgifte van proteoglycanen, of het ruwe materiaal van kraakbeen. IGF-1 stimuleert ook cellulaire groei en vermindert de snelheid van celdood.
Verlenging van het therapeutische venster
De onderzoekers injecteerden dit hybride molecuul in de gewrichten van ratten. Het had een halfwaardetijd van 4 dagen (de tijd die het medicijn nodig heeft om het oorspronkelijke volume te halveren), wat ongeveer 10 keer langer is dan wanneer wetenschappers alleen IGF-1 injecteren. Belangrijk is dat het therapeutische effect 30 dagen aanhield.
Vergeleken met ratten die het medicijn niet kregen, zagen degenen die dat wel deden minder gewrichtsschade. Ook was er een significante vermindering van de ontsteking.
Het kraakbeen van de rat is natuurlijk veel dunner dan dat van mensen; die van hen is ongeveer 100 micrometer dik, terwijl die van een mens dichter bij 1 millimeter ligt.
In een apart experiment bewezen de wetenschappers dat deze moleculen konden doordringen tot een dikte die relevant zou zijn voor een menselijke patiënt.
Dit is slechts de eerste fase van onderzoek waarin het gebruik van deze moleculen wordt onderzocht om medicijnen in kraakbeen te brengen. Het team is van plan om op dezelfde manier door te gaan en andere chemicaliën te bestuderen, waaronder geneesmiddelen die inflammatoire cytokines en nucleïnezuren blokkeren, waaronder DNA en RNA.
De studie verschijnt naast een redactioneel artikel over het gebruik van nanotechnologie bij onderzoek naar artrose. De auteur, Christopher H. Evans, schrijft:
“Dit zijn zeer bemoedigende gegevens. […] [T] hier is geen ander medicijnafgiftesysteem dat het metabolisme van chondrocyten in situ door de volledige dikte van het gewrichtskraakbeen op een duurzame manier kan beïnvloeden. "
Hoewel de nieuwe methode nog in de kinderschoenen staat, kan deze aanpak uiteindelijk betekenen dat artsen het beloop van artrose aanzienlijk kunnen vertragen met tweewekelijkse of maandelijkse injecties.
