Тромбообразующие наночастицы

Исследователи университета Чепмена в Калифорнии, работающие под руководством адъюнкт-профессора Томаса Баркера (Thomas H. Barker) и доктора Эндрю Лайона (Andrew Lyon) создали крошечные гелевые частицы, способные взять на себя роль тромбоцитов. В будущем их можно будет использовать для остановки сильных кровотечений, вызванных травмами, а также для терапии людей с нарушениями свертываемости крови, вызванными генетическими причинами или приемом определенных лекарственных препаратов.

Тромбоцитам принадлежит ключевая роль в способности организма останавливать сильные кровотечения. При повреждении кровеносного сосуда циркулирующие в кровотоке неактивные тромбоциты активируются и формируют агрегаты в зоне повреждения. После этого в игру вступает белок фибриноген, связывающий тромбоциты друг с другом с формированием останавливающей кровотечение временной тромбоцитарной пробки.

Во время формирования тромбоцитарной пробки происходит запуск биохимического каскада, кульминацией которого является разрезание волокон фибриногена с получением молекул фибрина. Молекулы фибрина связываются друг с другом, формируя переплетающиеся нерастворимые нити, в результате чего тромбоцитарная пробка превращается в стабильный тромб.

Важной конечной задачей тромбоцитов является ретракция тромба. При прикреплении к фибриновой сети тромбоциты распластываются, меняя сфероидную форму на звездчатую. Однако примерно через 7 часов они начинают медленно сокращаться в размерах. Благодаря одновременному уменьшению объемов множества тромбоцитов происходит уменьшение тромба, обеспечивающее выдавливание из него избыточной жидкости и стягивание краев повреждения сосуда. Считается, что этот этап играет важную роль в обеспечении стабильности тромба и восстановлении повреждения.

Традиционно пациентам, нуждающимся в стимуляции тромбооразования, вводится препарат донорских тромбоцитов. Однако донорские тромбоциты имеют очень короткий срок хранения, что существенно ограничивает их доступность. Помимо этого, трансфузии донорского материала могут приводить к нежелательным побочным эффектам.

С целью преодоления этих проблем исследовательские группы уже давно работают над созданием искусственных заменителей тромбоцитов, которые были бы биосовместимыми, стабильными и дешевыми в производстве. Однако более ранние прототипы таких частиц запускали процесс свертывания сразу после попадания в кровоток, что ассоциировано с риском неконтролируемого формирования тромбов, способных блокировать кровеносные сосуды сердца, легких или головного мозга. Кроме того, до сих пор искусственные заменители тромбоцитов не обеспечивали ретракции тромбов. (Эта фраза – на совести автора: в статье других американских ученых, опубликованной осенью 2014 г., пресс-релиз которой чуть ли не дословно повторен здесь, среди прочего написано: «сформировавшиеся с их [гелевых микрочастиц] участием тромбы со временем сокращаются в размерах, хотя и с меньшей скоростью».)

В процессе формирования тромба тромбоциты связываются с фибрином,
после чего сокращаются в размерах, что приводит к ретракции тромба.

В отличие от них разработанные авторами ультрамягкие гелевые частицы перемещаются непосредственно в зону тромбообразования и, благодаря своей уникальной способности деформироваться, способны индуцировать ретракцию тромба. Поверхность этих частиц усеяна фрагментами антител или нанотелами, избирательно связывающимися с фибрином, но не связывающимися с его предшественником фибриногеном.

Так как фибрин формируется исключительно после запуска механизма свертывания крови, новые частицы активируются только в зоне активного тромбообразования, что минимизирует риск формирования опасных для жизни тромбов в других регионах кровеносной системы. Это обеспечивает потенциальную возможность их профилактического использования, например, для предотвращения избыточных кровопотерь у участвующих в военных действиях солдат и пациентов с нарушениями свертываемости крови.

Разработчики протестировали новые тромбоцитоподобные частицы в микрожидкостных камерах, симулирующих физиологические условия внутри кровеносного сосуда, а также на животной модели травматического повреждения.

В условиях микрожидкостной камеры, заполненной обедненной тромбоцитами плазмой крови, экспериментальные частицы обеспечивали нормальное протекание процесса тромбообразования. Они также восстанавливали сниженную способность к тромбообразованию обедненной тромбоцитами плазмы новорожденных, перенесших хирургические вмешательства по поводу коррекции врожденных пороков сердца.

Анализ формирующихся при этом тромбов продемонстрировал глубокое проникновение гелевых частиц в толщу фибринового матрикса, сопоставимое с проникновением тромбоцитов. Дополнительные эксперименты показали способность таких тромбов к ретракции, которая соответствовала степени ретракции нормальных тромбов, протекала в течение 24-48 часов – несколько медленнее, чем в плазме с нормальной концентрацией тромбоцитов. И, наконец, введение гелевых частиц крысам за пять минут до повреждения крупного кровеносного сосуда значительно сокращало время кровотечения по сравнению со значениями, полученными в группе животных, получивших инъекцию тромбоцитов, количество которых в 100 раз превышало количество введенных крысам экспериментальной группы тромбоцитоподобных частиц.

Авторы отмечают, что до начала клинических исследований необходимо провести дополнительное тестирование безопасности экспериментальных частиц. Также обязательным условием является выяснение их конечной судьбы в организме, так как в отличие от традиционных биосовместимых материалов, новые частицы не являются биоразлагаемыми.

Разработчики также заинтересованы в наделении своих частиц характерной для тромбоцитов способностью секретировать факторы, способствующие тромбообразованию. В более широком смысле они вдохновлены потенциально возможностью использования ультрамягких/деформируемых гелей в разработке нового класса биоматериалов, компоненты которых смогут непосредственно взаимодействовать друг с другом.

Статья Ashley C. Brown et al. Ultrasoft microgels displaying emergent platelet-like behaviours опубликована в журнале Nature Materials.