研究人员开发基于纳米的技术来对抗骨质疏松症

中佛罗里达大学的研究人员创造了治疗骨质疏松症的独特技术，该技术使用纳米气泡向人体的目标区域提供治疗。

这项新技术由UCF医学院助理教授、UCFBiionix集群成员MehdiRazavi和生物材料与纳米医学实验室的UCF生物医学科学学生AngelaShar开发，作为实验室专注于开发工具的一部分用于诊断和治疗。

骨质疏松症是一种疾病，其特征是身体形成新骨组织或骨化的能力与分解或去除旧骨的能力之间存在不平衡，称为再吸收。

根据骨骼健康与骨质疏松症基金会(BHOF)的数据，研究表明，在50岁及以上的人群中，有二分之一的女性和多达四分之一的男性会因骨质疏松症而骨折。此外，专家预测，到2025年，骨质疏松症每年将导致约300万例骨折和253亿美元的费用。

Razavi说，健康的身体会以稳定的速度不断更换旧的或受损的骨组织，以确保良好的骨骼质量和质量。

“但是，当骨吸收率高于骨形成率时，就会导致骨质疏松症，这是骨骼系统的一种全身性疾病，”他说。

今天许多骨质疏松症治疗使用双膦酸盐等药物来抑制骨吸收。副作用可能包括颌骨坏死(颌骨愈合延迟)和胃肠道问题。

然而，UCF的发明使用超声波响应纳米气泡向人体的目标区域提供治疗。

“有很多用于治疗骨质疏松症的纳米平台，”拉扎维说。“但超声波响应纳米气泡的优势在于它们需要超声波来破坏气泡和基因传递。超声波本身实际上可以促进骨骼形成。”

作为一种可行、安全的替代方案，UCF发明既可以治疗又可以预防骨质疏松症的影响。

“这是一种双重作用技术，”拉扎维说。“一方面，你正在减少骨吸收，另一方面，你正在使用超声波增加骨形成。”

在一个示例应用中，纳米气泡携带与骨质疏松症相关的沉默或敲低基因、组织蛋白酶K小干扰核糖核酸(CTSKsiRNA)。

Razavi说，纳米气泡既可以保护siRNA免于与其周围环境直接相互作用，又可以靶向破骨细胞，即携带CTSK基因的骨细胞。CTSK是骨吸收过程中的关键参与者。

“因此，我们使用siRNA下调、减少那些[骨吸收]基因的高表达，”他说。

他补充说，递送系统还有助于减缓治疗的释放并延长基因沉默机制的有效性。

每个纳米气泡将处理封装在由全氟化碳制成的气核和液壳中。

“气体核心帮助我们成像和追踪纳米气泡，”Razavi说。“它还嵌入了可以靶向骨骼的分子。”

“气泡进入骨细胞，搜索并找到那些导致骨质疏松症的基因，然后它们掩埋CTSKsiRNA，然后形成一个复合体，”他说。“这种复合物在热力学上是不稳定的，这将导致这些基因的一种下调或沉默。当你测量组织蛋白酶K的表达时，你会得到较低的表达。”

对于受控的顺序释放和定制治疗(例如，浅表骨折的低强度与深部病变的高强度)可以修改超声参数，包括曝光时间、强度、频率和波形。

Razavi列举了该发明的其他用途。

“你可以将其用于癌症和其他应用，如阿尔茨海默氏症等神经退行性疾病，”他说。

与微泡相比，纳米泡的优势之一是它们能够穿过细胞膜传递治疗药物。

“超声波实际上可以打开血脑屏障，促进纳米气泡迁移到神经细胞中进行基因传递，”他说。

化疗药物可以被封装到气泡中，然后注射到目标肿瘤中。此外，由于这些气泡具有气体核心，因此它们可以输送氧气。

“这里的一种解决方案是将氧气输送到组织中以促进再生，”他说。“我们正在努力寻找可以在全球部署、非侵入性、广泛可用、便携且廉价的方法。”