Neue Antikoagulanzien-Plattform verspricht einen bahnbrechenden Fortschritt gegenüber aktuellen Antikoagulanzien

Obwohl die Blutgerinnung wichtig ist, um Blutverlust zu verhindern und für unsere Immunität, kann die Gerinnung auch zu Gesundheitsproblemen und sogar zum Tod führen. Derzeit stirbt einer von vier Menschen weltweit an Krankheiten und Zuständen, die durch Blutgerinnsel verursacht werden. In der Zwischenzeit können Blutverdünner, die zur Verringerung des Risikos eingesetzt werden, auch erhebliche Probleme verursachen, wie z. B. unkontrollierte Blutungen.

Jetzt verspricht eine neue biomolekulare Antikoagulans-Plattform, die von einem Team unter der Leitung der UNC-Forscherin Charlotte Kirill Afonin erfunden wurde, einen bahnbrechenden Fortschritt gegenüber Antikoagulanzien, die derzeit in Operationen und anderen Verfahren verwendet werden. Die Ergebnisse des Teams werden im Journal veröffentlicht Nano-Buchstabenzuerst online verfügbar am 5. Juli.

Wir stellen uns Anwendungen für unsere neuartige Antikoagulans-Plattform in der koronaren Bypass-Chirurgie, der Nierendialyse und verschiedenen vaskulären, chirurgischen und koronaren Eingriffen vor. Wir untersuchen jetzt, ob es potenzielle zukünftige Anwendungen mit Krebsbehandlungen gibt, um Metastasen zu verhindern und auch um die Bedürfnisse von Malaria anzugehen, die Gerinnungsprobleme verursachen kann. »

Kirill Afonin, Forscher, UNC Charlotte

Der Artikel präsentiert die neuesten Ergebnisse einer dreijährigen Zusammenarbeit zwischen Forschern des Frederick National Laboratory for Cancer Research (Labor für Nanotechnologie-Charakterisierung), der Universität von São Paulo in Brasilien, der Pennsylvania State University und der Uniformed Services University of the Health Sciences.

„All dies gipfelte in massiven internationalen und interdisziplinären Bemühungen zur Entwicklung völlig neuer Technologien, von denen wir glauben, dass sie das Gebiet revolutionieren und von anderen Bereichen der Gesundheitsforschung übernommen werden könnten“, sagte Afonin.

Die Technologie des Teams befasst sich mit programmierbaren RNA-DNA-Antikoagulansfasern, die, wenn sie in den Blutkreislauf injiziert werden, modulare Strukturen bilden, die mit Thrombin kommunizieren, den Enzymen im Blutplasma, die die Blutgerinnung verursachen. Die Technologie ermöglicht es den Strukturen, bei Bedarf die Blutgerinnung zu verhindern und dann vom Nierensystem schnell aus dem Körper entfernt zu werden, sobald die Arbeit erledigt ist.

Die Faserstrukturen verwenden Aptamere, kurze DNA- oder RNA-Sequenzen, die dazu bestimmt sind, Thrombin spezifisch zu binden und zu inaktivieren.

„Anstatt ein einzelnes kleines Molekül zu haben, das Thrombin deaktiviert“, sagte Afonin, „haben wir jetzt eine relativ große Struktur mit Hunderten von Aptameren auf ihrer Oberfläche, die an Thrombin binden und sie deaktivieren können. Und weil die Struktur größer wird, wird sie es tun.“ zirkulieren wesentlich länger im Blutkreislauf als herkömmliche Optionen.“

Die erweiterte Zirkulation im Blutkreislauf ermöglicht eine einzelne Injektion anstelle mehrerer Dosen. Das Design verringert auch die Konzentration von Antikoagulanzien im Blut, was zu einer geringeren Belastung der Niere und anderer Systeme im Körper führt, sagte Afonin.

Diese Technologie führt auch einen neuen „Kill-Switch“-Mechanismus ein. Eine zweite Injektion kehrt die gerinnungshemmende Funktion der Faserstruktur um, wodurch die Fasern in winzige, harmlose, inaktive Materialien umgewandelt werden können, die leicht über das Nierensystem ausgeschieden werden.

Der gesamte Prozess findet außerhalb der Zelle durch extrazelluläre Kommunikation mit Thrombin statt. Die Forscher weisen darauf hin, dass dies wichtig ist, da immunologische Reaktionen auf der Grundlage ihrer umfangreichen Studien nicht auftreten.

Das Team testete und validierte die Plattform anhand von Computermodellen, menschlichem Blut und verschiedenen Tiermodellen. „Wir haben Proof-of-Concept-Studien mit frisch entnommenem menschlichem Blut von Spendern in den Vereinigten Staaten und Brasilien durchgeführt, um mögliche Schwankungen zwischen den Spendern zu untersuchen“, sagte Afonin.

Die Technologie kann eine Grundlage für andere biomedizinische Anwendungen bilden, die eine Kommunikation durch die extrazelluläre Umgebung bei Patienten erfordern, sagte er. „Thombin ist nur eine mögliche Anwendung“, sagte er. „Alles, was Sie extrazellulär deaktivieren möchten, ohne in Zellen einzudringen, können Sie unserer Meinung nach tun. Das bedeutet, dass möglicherweise jedes Blutprotein, jeder Zelloberflächenrezeptor, vielleicht Antikörper und Toxine, möglich ist.“

Die Technik ermöglicht die Gestaltung von Strukturen jeder gewünschten Form, wobei der Leistungsschaltermechanismus intakt ist. „Indem wir die Form ändern, können wir sie in verschiedene Körperteile bringen, sodass wir die Verteilung ändern können“, sagte Afonin. „Er bekommt eine zusätzliche Schicht an Raffinesse durch das, was er kann.“

Während die Anwendung anspruchsvoll ist, ist die Herstellung der Strukturen relativ einfach. „Die Haltbarkeit dieser Formulierungen ist unglaublich gut“, sagte Afonin. „Sie sind sehr stabil, sodass Sie sie trocknen können, und wir gehen davon aus, dass sie jahrelang bei Raumtemperatur bleiben, was sie für wirtschaftlich benachteiligte Teile der Welt sehr zugänglich macht.“

Während die bisherige Arbeit der Forscher für kurzfristige Anwendungen relevant ist, beispielsweise in Operationen, hoffen sie, ihre Forschung schließlich auf Erhaltungssituationen auszudehnen, beispielsweise bei Medikamenten, die Patienten mit Herzerkrankungen einnehmen.

Das Potenzial, Leben zu retten und die Gesundheitsversorgung zu verbessern, treibt das Team an, ebenso wie die Erfindung von etwas Neuem, sagte Afonin. „Wir können von der Natur lernen, aber wir haben etwas gebaut, das noch nie zuvor vorgestellt wurde“, sagte er. „Also entwickeln und bauen wir all diese Plattformen de novo – von Grund auf neu. Und dann können wir durch unsere Plattformen erklären, was wir von der Natur – oder unseren Körpern – erwarten, und unsere Körper verstehen uns.“

Das Büro für Kommerzialisierung und Forschungsentwicklung von UNC Charlotte arbeitet eng mit der Penn State zusammen, um diese neue Technologie zu patentieren und auf den Markt zu bringen.