Nanopartiklar kommer lastade – med läkemedel till hjärnan

Hjärnan är vårt mest komplicerade organ och också det som är svårast att studera. Genom att utveckla flexibla elektroder tunnare än hårstrån, arbetar forskare vid Neuronano Research center vid Lunds universitet med att ta fram nya metoder som kan registrera signaler från hjärnans nervceller för att på så vis lära oss mer om hjärnan.

– Det finns en rad neurologiska sjukdomstillstånd, till exempel kronisk smärta, epilepsi och Parkinsons sjukdom, där vi bättre vill förstå mekanismer för att sedan kunna behandla på bästa sätt, säger professor Jens Schouenborg, som leder forskargruppens arbete.

Tanken är att dessa elektroder också ska kunna användas för att behandla hjärnans sjukdomar lokalt.

En utmaning har varit att både implantat och elektroder som förs in i hjärnvävnaden kan orsaka en lokal förlust av nervceller och inflammation som kan skada hjärnan. Nu har forskargruppen konstruerat nanopartiklar med läkemedel som kan föras in med hjälp av elektroderna in i hjärnan, där de levererar läkemedlet precis där det behövs.

Metoden har testats på möss och forskarna såg att läkemedlet minskar den oönskade aktiviteten hos de mikrogliaceller som ska fungera som hjärnans immunförsvar vid en skada i hjärnan, och att inga nervceller skadades av elektroderna.

Johan Agorelius, Alexander Dontsios Holmkvist, Jens Schouenborg

– Den här metoden är en viktig pusselbit som ger oss en förbättrad kontroll över miljön och vävnaden runt omkring elektrodimplantat i hjärnan. Vi har använt läkemedlet Minocycline, som har nervcellsskyddande egenskaper och som även dämpar de aspekter av inflammation som vi vill dämpa, säger Johan Agorelius, doktorand vid Lunds universitet.

Det ligger ett gediget och tidskrävande forskningssamarbete bakom utvecklingen av de läkemedelsfrisättande nanopartiklarna. En utmaning har varit att utveckla nanopartiklar som frisätter läkemedlet under lång tid, men det har också tagit tid att få fram exakt vilken dos som ska användas i hjärnan.

– Nanopartiklarna sugs upp av gelatinet, som sedan torkar och kapslar in partiklarna. Gelatinet har den fördelen att det är hårt när det är torrt, men mjuknar när det förs in i hjärnvävnaden. Där löses det upp och nanopartiklarna frisätts lokalt innan de bryts ned efter en tid, förklarar Alexander Dontsios Holmkvist, doktorand vid Lunds universitet som utvecklat nanopartiklarna.

Elektroderna som forskargruppen i tidigare studier utvecklat är så mjuka att de inte ens klarar av ytspänning från vatten. För att kunna föra in dem i hjärnan bäddas de därför in i gelatin. Forskargruppen har tidigare även visat att när elektroderna bekläds med gelatin påskyndas hjärnvävnadens läkning. Metoden att frisätta läkemedlet lokalt innebär att man slipper att påverka resten av kroppen.
– Med hjälp av nanopartiklarna får man en lokal frisättning av mediciner precis där man vill att de ska frisättas. Det rör sig om en mycket låg dos; en miljon gånger mindre dos än om den getts oralt. Det behövs ingen påfyllning eftersom den frisätts under så lång tid, säger Jens Schouenborg, som tror att metoden kan bli aktuell också för lokal läkemedelsleverens till andra mjukvävnader, som till exempel för att lokalt behandla cancer. Men innan dess krävs mer studier.

Kontakt
Jens Schouenborg, professor i neurofysiologi vid Lunds universitet, 046-2227752, jens.schouenborg@med.lu.se
Alexander Dontsios Holmkvist, doktorand vid Lunds universitet, 0462227716, alexander.holmkvist@med.lu.se

Publikation
Local delivery of minocycline-loaded PLGA nanoparticles from gelatin-coated neural implants attenuates acute brain tissue responses in mice
Journal of Nanobiotechnology, DOI: https://doi.org/10.1186/s12951-020-0585-9

Avhandling
Avhandlingen “Nanoparticle-based drug delivery systems for neural interfaces – a novel approach for improved biocompatibility” där artikeln ingår försvaras av Alexander Dontsios Holmkvist vid Lunds universitet den 19 november.

Fakta om studien
Ämne: Neurovetenskap/organisk kemi/farmakologi
Forskningsområde: Tvärvetenskaplig grundforskning
Typ av publicering: Peer review-granskad publikation, doktorsavhandling
Studiedesign: kvantitativ studie, forskarinitierad, orsak-verkan-samband, statistiska samband, djurstudie med 23 genmodifierad möss.
Experimentell undersökning: In vivo