粒子的尺寸在治療創(chuàng)傷性損傷中至關(guān)重要

一項新的分析結(jié)果找到了可最有效地阻止內(nèi)出血納米粒子的尺寸。圖片來源：Christine Daniloff，麻省理工學(xué)院（Massachusetts Institute of Technology,MIT）

創(chuàng)傷性損傷是45歲及以下美國人的首要死因，全球每年有超過300萬人死于這類創(chuàng)傷。為了減少該創(chuàng)傷導(dǎo)致的死亡人數(shù)，許多研究人員正在研究可注射的納米粒子，用于定位內(nèi)傷部位，吸引有助于止血的細(xì)胞，直至患者能到達(dá)醫(yī)院接受進(jìn)一步治療。

盡管其中一些粒子在動物實(shí)驗(yàn)中十分有效，但它們還沒有在人類患者身上進(jìn)行過實(shí)驗(yàn)。缺乏關(guān)于此類粒子的作用機(jī)制和潛在安全性的信息是原因之一。為了進(jìn)一步闡明這些因素，麻省理工學(xué)院（MIT）的化學(xué)工程師們首次系統(tǒng)研究了不同大小的聚合物納米粒子如何在體內(nèi)循環(huán)，以及它們?nèi)绾闻c促進(jìn)血液凝固的血小板相互作用。

在對大鼠的一項研究中表明，粒徑約150納米的中等大小的粒子在止血方面卓有成效。與更大的粒子不同，它們不太可能入肺或其他脫靶部位。

“納米粒子總會在肝臟和脾臟中有一些累積，但我們希望更多的活性粒子積聚在傷口而非體內(nèi)的過濾器官，”麻省理工學(xué)院教授、化學(xué)工程系主任兼科赫綜合癌癥研究所（Koch Institute for Integrative Cancer Research）成員Paula Hammond說道。

Hammon，Alexander和I.Michael Kasser化學(xué)工程教授Bradley Olsen及哈佛醫(yī)學(xué)院（Harvard Medical School,HMS）外科教授、麻省總醫(yī)院（Massachusetts General Hospital,MGH）創(chuàng)傷、急診外科和外科重癥監(jiān)護(hù)主任George Velmahos是該研究的資深作者。

麻省理工學(xué)院研究生Celestine Hong是該論文的第一作者，該論文發(fā)表在《美國化學(xué)學(xué)會·納米》（ACS Nano）雜志上。

尺寸效應(yīng)

止血納米粒子能通過多種方法制備。最常用的方法之一是由生物相容性聚合物制成，該聚合物與蛋白質(zhì)或肽共軛結(jié)合，吸引血小板，使血液凝固。

在這項研究中，研究人員通過連接聚合物PEG-PLGA與GRGDS肽來制備納米粒子。在既往對止血聚合物粒子的研究中，粒徑范圍都集中在300至500納米。然而，很少有研究系統(tǒng)地分析過尺寸如何影響納米粒子的功能。

“我們試圖研究納米粒子的尺寸如何影響其與傷口的相互作用，這是以前用于止血的聚合物納米粒子尚未涉足過的領(lǐng)域，”Hong說道。

動物實(shí)驗(yàn)表明，較大的納米粒子有助止血，但這些粒子也易于積聚在肺部，這將會導(dǎo)致肺部出現(xiàn)不必要的凝血。在這項新研究中，麻省理工學(xué)院的團(tuán)隊分析了包括小型（<100納米）、中型（140-220納米）和大型（500-650納米）在內(nèi)的一系列納米粒子。

首先，他們在實(shí)驗(yàn)室中分析了這些粒子在各種條件下如何與活性血小板相互作用。在一項測試中，他們測量了當(dāng)血小板流經(jīng)管道時粒子與血小板的結(jié)合程度，其中，最小的納米顆粒與血小板的結(jié)合百分比最高。在另一項測試中，他們測量了納米粒子粘附在血小板涂層表面上的能力。此時，最大的納米粒子粘附性最好。

隨后，研究人員提出了一個稍有不同的問題，并分析了粘附在表面的物質(zhì)中有多少是納米粒子，有多少是血小板，因?yàn)榇藭r的最終目標(biāo)是吸引盡可能多的血小板。參照該基準(zhǔn)，他們發(fā)現(xiàn)中等尺寸的粒子是最有效的。

“如果吸引了一堆納米粒子，它們會因相互結(jié)塊而最終阻止血小板結(jié)合，這是徒勞無功的。我們希望的是血小板進(jìn)入，”Hong說道?！爱?dāng)我們進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)時，我們發(fā)現(xiàn)中等粒徑作用下最終的血小板含量最高?！?/p>

圖片來源：pixabay

止血

研究人員隨后在小鼠身上測試了三種尺寸的納米粒子。首先，他們將這些顆粒注射到健康小鼠體內(nèi)，以研究它們在體內(nèi)循環(huán)的時間以及積聚部位。他們發(fā)現(xiàn)，正如先前研究所見，最大的粒子更易于積聚在肺部或其他脫靶部位，并且它們的循環(huán)時間更短。

隨后，研究人員與麻省總醫(yī)院的合作者使用大鼠內(nèi)傷模型，研究哪種粒子在止血方面最有效。他們發(fā)現(xiàn)中等尺寸的粒子似乎效果最好，它們在傷口部位的積累率也最高。

“這項研究表明，我們并不一定要關(guān)注更大的納米粒子，我認(rèn)為這一點(diǎn)在之前的工作中不甚明晰。將我們的注意力轉(zhuǎn)向中等尺寸的范圍可為我們的研究開啟新的大門。”Hammond說道。

研究人員現(xiàn)在希望在更大的動物模型中測試這些中等大小的粒子，以獲得更多有關(guān)其安全性和最有效劑量的信息。他們希望，該粒子最終可以用作一線治療，以在足夠長的時間內(nèi)止血，讓患者到達(dá)醫(yī)院就診。

“這些粒子旨在減少可避免的死亡。它們不是內(nèi)出血的靈丹妙藥，但它們能給病人額外幾小時，堅持到他們能去醫(yī)院并接受適當(dāng)?shù)闹委?，”Hong說道。

圖片來源：pixabay

撰文：Anne Trafton，麻省理工學(xué)院。

翻譯：哥本哈根的量子

審校：趙冰瑩

引進(jìn)來源：物理學(xué)家組織網(wǎng)

本文來自：中國數(shù)字科技館

標(biāo)簽： 麻省理工學(xué)院 研究人員 中等尺寸 相互作用