Быстрая остановка кровотечения остается Святым Граалем клинической медицины. Контроль над кровотоком является задачей первостепенной важности и первой линией обороны как для пациентов, так и для медицинского персонала во многих ситуациях – от травм до целого ряда внутренних болезней и хирургических операций. Если кровотечение не удается остановить в течение первых нескольких минут, дальнейшее лечение оказывается невозможным. Взяв за образец процессы свертывания крови, естественно протекающие в человеческом организме, ученые синтезировали наночастицы, выполняющие функции тромбоцитов, которые, потенциально, могут сделать даже больше, чем тромб.

(Peter Allen illustration)

Быстрая остановка кровотечения из раны остается Святым Граалем клинической медицины. Контроль над кровотоком является задачей первостепенной важности и первой линией обороны как для пациентов, так и для медицинского персонала во многих ситуациях – от травм до целого ряда заболеваний и хирургии. Если кровотечение не удается остановить в течение первых нескольких минут, дальнейшее лечение оказывается невозможным.

В поисках способов контроля над сложным процессом коагуляции крови ученые Калифорнийского университета в Санта-Барбаре (University of California – Santa Barbara, UCSB) обратились к собственным механизмам человеческого организма. Создав наночастицы, имитирующие форму, гибкость и поверхностную биологию человеческих тромбоцитов, они смогли ускорить естественные процессы заживления, а также открыли путь к персонализированным методам лечения, адаптируемым к потребностям конкретного пациента.

«Это важная веха в разработке синтетических тромбоцитов, а также в адресной доставке лекарств», – комментирует результаты своего исследования профессор Самир Митраготри (Samir Mitragotri), PhD, директор Центра биоинженерии (Center for Bioengineering) UCSB, специализирующийся на технологиях адресной терапии.

Результаты последней работы его группы опубликованы в журнале ACS Nano.

Процесс коагуляции крови хорошо знаком всем, кто получал даже незначительные травмы – царапины или порезы. Кровь сразу же устремляется к месту повреждения сосуда, и в течение нескольких минут кровотечение останавливается, так как образуется тромб. Выполнив свою функцию, тромб через некоторое время растворяется.

Но то, чего мы не видим, это каскад последовательных этапов свертывания крови – серия биохимических сигналов, способствующих тромбообразованию. Коагуляция, по сути, есть сложная хореография различных факторов – веществ и клеток, – и тромбоциты относятся к числу наиболее важных из них.

Пока тромбоциты находятся в кровотоке, они относительно инертны. Однако при травме – благодаря физике их формы и благодаря ответу на химические стимулы – они устремляются к стенке кровеносного сосуда и скапливаются там, связываясь с местом повреждения и друг с другом. При этом тромбоциты высвобождают химические вещества, привлекающие к месту травмы другие тромбоциты. Все вместе это, в конечном счете, закупоривает рану.

Но что если травма слишком тяжела, если пациент принимает антикоагулирующие препараты или если по какой-либо причине у него снижена способность к тромбообразованию даже при незначительной травме?

Инженеры-химики и биоинженеры из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре разработали наночастицы, выполняющие
функции, аналогичные функциям природных тромбоцитов. Эти наночастицы имитируют четыре основные характеристики тромбоцитов:
дисковидную морфологию, механическую гибкость, биохимически и биофизически опосредованную агрегацию и презентацию лигандов,
опосредующих как адгезию к фактору Виллебранда и коллагену, так и специфическое образование кластеров с активированными
тромбоцитами. Исследования in vivo на мышиной модели показали, что PLNs накапливаются на месте повреждения сосуда и
вызывают ~ 65% снижение времени кровотечения, эффективно имитируя и улучшая гемостатические функции естественных тромбоцитов.
(Рис. ACS Nano)

Здесь и могут прийти на помощь выполняющие функцию тромбоцитов наночастицы PLNs (platelet-like nanoparticles). Эти мельчайшие пластинчатой формы частицы, которые ведут себя так же, как и их естественные аналоги, можно вводить в кровь, чтобы дополнить или увеличить собственный запас тромбоцитов пациента, останавливая кровотечение и инициируя процесс восстановления сосуда. Это позволит врачам начать или продолжить необходимое лечение. Теперь неотложные состояния могут быть взяты под более эффективный контроль, травмы могут быть залечены быстрее и пациенты смогут восстановиться с меньшим количеством осложнений.

По словам профессора Митраготри, ключ к успеху лежал в имитации PLNs реального процесса тромбообразования. Имитируя форму и пластичность природных тромбоцитов, PLNs поступают к месту повреждения и скапливаются там. Более того, обладая поверхностью, функционализированной теми же биохимическими мотивами, что и их природные человеческие аналоги, PLNs привлекают к месту травмы другие тромбоциты и связываются с ними, увеличивая вероятность образования жизненно необходимого кровяного сгустка. Кроме того, и это очень важно, искусственные тромбоциты сконструированы таким образом, что растворяются в крови, когда исчезает необходимость в их присутствии. Это сводит к минимуму осложнения, которые могут возникнуть в связи с проведением неотложного гемостаза.

Исходя из результатов проведенных экспериментов, исследователи делают вывод: при аналогичных свойствах поверхности и форме наноразмерные частицы могут работать даже лучше, чем природные тромбоциты, размер которых измеряется в микронах. Кроме того, эта технология позволяет адаптировать PLNs к другим терапевтическим веществам, необходимым пациентам с тем или иным заболеванием.

С оптимизируемыми PLNs, таргетирующими место образования тромбов, врачи смогут поддерживать тонкий баланс между антикоагулянтной терапией и заживлением ран у пожилых пациентов, не вызывая нежелательных кровотечений. В других случаях несущие антибиотики наночастицы могут нейтрализовывать передающиеся с кровью патогены и другие инфекционные агенты. Для более достоверной диагностики и по-настоящему адресного лечения частицы могут быть сконструированы так, что будут попадать в определенные части тела (например, в мозг, преодолевая гематоэнцефалический барьер).

Кроме того, синтетические PLNs дешевле и имеют более длительный срок хранения, чем природные человеческие тромбоциты, – большое преимущество в ситуациях срочной необходимости в этом компоненте крови. Больший срок хранения имеет в этих случаях существенное значение.

В ближайшее время профессор Митраготри и его коллеги планируют выяснить, насколько технология и синтез PLNs соответствуют возможностям их производства в промышленных объемах, а также заняться рядом практических вопросов, связанных с переводом этой технологии из лаборатории в клинику, в частности, производством, хранением, стерильностью и стабильностью синтетических тромбоцитов. Кроме того, исследователи готовятся к доклиническим и клиническим испытаниям своей разработки.

Оригинальная статья

Platelet-like Nanoparticles: Mimicking Shape, Flexibility, and Surface Biology of Platelets To Target Vascular Injuries