Valoaktivoitavien nanopartikkelien in vitro -testaus ateroskleroosiin liittyvissä solumalleissa

Abstract

Sydän- ja verisuonitauteihin kuolee vuosittain miljoonia ihmisiä maailmanlaajuisesti. Sydän- ja verisuonitautien taustalla on usein vuosikymmenien ajan oireettomana kehittynyt ateroskleroosi eli verisuonten kovettumatauti, jossa suurten valtimoiden endoteelin alaiseen tilaan kertyy jatkuvasti rasvapitoista materiaalia. Pitkälle edenneisiin plakkeihin voi muodostua nekroottinen ydin. Jatkuva plakin sisäisen paineen kasvu ja sidekudoskaton oheneminen voivat lopulta johtaa plakin repeämiseen ja verisuonen tukkeutumiseen verihyytymän muodostumisen seurauksena. Tukkeutuneen verisuonen sijainnista riippuen seurauksena voi olla sydänkohtaus, aivoinfarkti tai valtimon ahtauma alaraajassa. Uusia diagnosointi- ja hoitomenetelmiä tarvitaan, jotta ateroskleroosi havaittaisiin jo ennen akuuttien kohtausten ilmenemistä.

Nanoteknologia tarjoaa uudenlaisia menetelmiä biologisesti aktiivisten molekyylien kuljettamiseen kehon sisälle. Pienen kokonsa vuoksi nanopartikkelit voivat usein kulkeutua kehossa ilman, että immuunijärjestelmä tunnistaa niitä vieraaksi materiaaliksi. Nanoteknologiaa hyödyntämällä on mahdollista kuljettaa tiettyjä valoherkkiä yhdisteitä kohdennetusti haluttujen solujen sisälle. Fotodynaamisessa terapiassa valon, hapen ja valoherkän yhdisteen vuorovaikutusten avulla aiheutetaan hallittu solukuolema soluissa. Menetelmässä soluihin ohjattu valoherkistin aktivoidaan valolla, jolloin valoherkistimen atomirakenteeseen muodostuu elektronien viritystiloja, joiden purkautuminen johtaa reaktiivisten happi- ja typpimolekyylien syntyyn solun sisällä. Nämä reaktiiviset molekyylit käynnistävät reaktiosarjan, jonka lopputuloksena on solun kuolema. Perinteisesti fotodynaamista terapiaa on käytetty syövän hoidossa, mutta sen käyttömahdollisuuksia myös muiden sairauksien hoidossa on alettu viime aikoina tutkia tarkemmin.

Tutkimuksen tavoitteena oli testata erilaisten valoherkistimen sisältävien nanopartikkelisysteemien kykyä tappaa ateroskleroottisissa plakeissa esiintyviä soluja, makrofageja ja endoteelisoluja, valoaltistuksen seurauksena in vitro -kokeissa. Nanopartikkeleilta toivottu tulos oli niiden mahdollisimman tehokas solujen eliminointi pienilläkin pitoisuuksilla valoaltistuksen jälkeen, mutta mahdollisimman vähäinen toksisuus ilman valoaltistusta. Testattuja partikkelityyppejä oli polymeereistä dendrimeerit ja misellit, sekä metallipartikkeleista kulta- ja rautaoksidinanopartikkelit. Tavoitteena oli valita tulosten perusteella jokaisesta kategoriasta paras nanopartikkeli, joka siirtyy seuraavan tutkimusvaiheen in vivo -kokeisiin. In vitro -kokeet suoritettiin altistamalla solut nanopartikkeleille ja valoaktivoinnin jälkeen määrittämällä elossa olevien solujen määrä ELISA -readerin avulla. Testatuista partikkeleista toivotunlaisia tuloksia saatiin vain dendrimeerien kohdalla. Niistä paras, dendrimeeri 6.1, valittiin etenemään eläinkokeisiin. Muiden partikkelien kohdalla tarvitaan lisää in vitro -testejä.