Studi menyelidiki mekanisme pembersihan nanomaterial oleh hati

Anonim

(Phys.org) - Salah satu tantangan terbesar untuk mewujudkan potensi terapi yang ditargetkan adalah menjaga agar nanomaterial tidak terakumulasi di hati atau limpa. Hati dan limpa adalah bagian dari sistem fagosit mononuklear. Tugasnya adalah menyaring racun dari aliran darah. Sayangnya, dalam melakukan tugasnya, itu juga mencegah nanotherapies mencapai target mereka.

Untuk mengatasi hambatan ini sekelompok peneliti dari beberapa institusi di Toronto telah melakukan penelitian tingkat organ dan sub-organ secara komputasional, in vitro, dan in vivo menggunakan titik-titik kuantum, nanopartikel emas, dan nanopartikel silika untuk lebih memahami sistem fagosit mononuklear dan mekanisme dimana nanopartikel diasingkan. Mereka menemukan bahwa laju aliran darah, fenotip seluler, dan posisi fisik di hati semuanya berperan dalam ambilan nanopartikel. Mereka menyarankan bahwa pekerjaan masa depan seharusnya tidak hanya melibatkan desain nanopartikel, tetapi beberapa jenis pengkondisian hati. Pekerjaan mereka muncul di Bahan-Bahan Alam.

Nanopartikel dapat difungsikan sedemikian rupa sehingga partikel tersebut menargetkan jenis sel tertentu. Ini memegang janji besar untuk kanker dan terapi bertarget lainnya. Namun, ketika nanotherapies diuji dalam tubuh, nanopartikel dibersihkan dari aliran darah melalui sistem fagosit mononuklear (MPS). Ini berlaku untuk semua jenis nanopartikel.

Tsoi, dkk. melakukan analisis seluruh organ dan sub-organ untuk lebih memahami bagaimana sistem MPS menyita nanopartikel. Untuk eksperimen mereka, mereka berfokus pada nanopartikel "keras" yang tidak dapat terdegradasi: titik-titik kuantum, nanopartikel emas, dan nanopartikel silika.

Di seluruh tingkat organ, Tsoi, dkk. menemukan bahwa titik-titik kuantum pertama dibersihkan oleh sel-sel dekat triad portal dan bahwa ada gradien pembersihan melalui sinusoid hati selama lintasan pertama. Darah mengalir ke hati melalui triad portal dan keluar melalui vena sentral. Ini juga diamati dengan nanopartikel emas terlepas dari fungsionalisasi permukaan, meskipun adsorpsi protein tampaknya memainkan peran dalam penyerapan nanopartikel.

Area investigasi berikutnya adalah apakah laju aliran darah berperan dalam sekuestrasi nanopartikel. Aliran darah melambat setelah menyentuh hati (dari 10-100 cm s -1 hingga 200-800 μm s -1). Tsoi, dkk. mengembangkan model matematis untuk menggambarkan aliran darah di dalam hati dan kemungkinan sekuestrasi nanopartikel. Mereka kemudian membandingkan hasil komputasi mereka dengan hasil studi cytometry dengan tikus yang diobati dengan titik-titik kuantum dalam tes untuk akumulasi nanopartikel. Khususnya, sementara adveksi adalah pengaruh dominan pada aliran darah dalam tubuh, difusi adalah pengaruh dominan dalam hati. Mereka menemukan bahwa hati adalah 10 2 hingga 10 3 kali lebih mungkin untuk menyita nanomaterial dan bahwa ukuran partikel memainkan peran - semakin besar partikel, semakin mungkin itu diserap oleh hati.

Di tingkat sub-organ, Tsoi, dkk. melihat jenis sel mana yang memainkan peran terbesar dalam penyerapan nanopartikel. Studi untuk menentukan penyerapan sel dari titik-titik kuantum menunjukkan bahwa sel Kupfer mengadsorpsi volume terbesar dari titik-titik kuantum, seperti yang diharapkan. Namun, yang mengejutkan adalah jumlah partikel yang diinternalisasi oleh sel B. Sel B tampaknya memainkan peran yang jauh lebih besar dalam penyerapan nanopartikel daripada yang pernah diduga, meskipun sel Kupffer masih merupakan sel kunci dalam menghilangkan nanopartikel. Jenis sel lain, termasuk sel-sel endotel, juga berperan dalam menghilangkan nanopartikel.

Selanjutnya, Tsoi, dkk. diuji apakah arsitektur organ mempengaruhi serapan nanopartikel di hati dengan mempelajari proses sekuestrasi di limpa. Mereka menemukan bahwa dari nanopartikel yang dikeluarkan oleh limpa, hampir semuanya berada di daerah pulpa merah. Di sinilah aliran darah menurun dibandingkan dengan aliran ke seluruh tubuh. Sementara beberapa nanopartikel tinggal di limpa, limpa makrofag menginternalisasi nanopartikel yang lebih sedikit daripada sel Kupffer di dalam hati. Hal ini dikonfirmasi dengan studi in vitro dan in vivo komparatif, dan menunjukkan bahwa tipe sel arsitektur organ memainkan peran dalam serapan nanopartikel.

Penelitian ini memberikan wawasan penting tentang cara mengatasi serapan nanopartikel oleh MPS. Biasanya peneliti fokus pada desain nanopartikel, tetapi penelitian ini menunjukkan bahwa lingkungan tubuh memainkan peran penting dalam sekuestrasi nanopartikel. Para penulis menyarankan memanipulasi lingkungan tuan rumah sebagai strategi pelengkap untuk optimasi nanopartikel. Tes awal menunjukkan bahwa dua jalan yang mungkin mengubah laju aliran darah melalui hati dan mengubah fenotipe sel-sel tertentu sehingga mereka tidak rentan terhadap ambilan nanomaterial.

menu
menu