Nanoparticelle nella diagnosi e nel trattamento dell'invecchiamento vascolare e delle malattie correlate

Trasduzione del segnale e terapia mirata volume 7, numero articolo: 231 (2022) Citare questo articolo

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Le alternanze indotte dall’invecchiamento delle strutture vascolari, dei fenotipi e delle funzioni sono fondamentali nella comparsa e nello sviluppo di malattie vascolari legate all’invecchiamento. Molteplici eventi molecolari e cellulari, come lo stress ossidativo, la disfunzione mitocondriale, l’infiammazione vascolare, la senescenza cellulare e le alterazioni epigenetiche sono altamente associati alla fisiopatologia dell’invecchiamento vascolare. I progressi nelle nanoparticelle e nelle nanotecnologie, che possono realizzare modalità diagnostiche sensibili, cure mediche efficienti e prognosi migliori, nonché effetti meno avversi sui tessuti non bersaglio, forniscono una finestra straordinaria nel campo dell’invecchiamento vascolare e delle malattie correlate. Nel corso di questa revisione, abbiamo presentato le conoscenze attuali sulla classificazione delle nanoparticelle e sulla relazione tra invecchiamento vascolare e malattie correlate. È importante sottolineare che abbiamo riassunto in modo esauriente il potenziale delle tecniche diagnostiche e terapeutiche basate sulle nanoparticelle nell’invecchiamento vascolare e nelle malattie correlate, comprese le malattie cardiovascolari, le malattie cerebrovascolari e le malattie renali croniche, e abbiamo discusso i vantaggi e i limiti delle loro applicazioni cliniche.

L’età è il fattore di rischio più importante per l’invecchiamento vascolare e i disturbi correlati.1 Le alterazioni delle funzioni vascolari, della struttura e dei fenotipi indotte dall’invecchiamento svolgono un ruolo fondamentale nell’inizio e nella progressione di varie malattie vascolari correlate all’invecchiamento, come malattie cardiovascolari, cerebrovascolari, e malattie renali.2 Le alterazioni patologiche del sistema vascolare legate all'età sono strettamente associate ai disturbi vascolari.3 Numerosi eventi molecolari e cellulari, come l'infiammazione, la proliferazione cellulare, la migrazione, l'angiogenesi, la trombosi e l'apoptosi contribuiscono alla senescenza delle cellule vascolari.4 Vascolare l'invecchiamento è caratterizzato prevalentemente dalla senescenza delle cellule endoteliali (EC) e dalla senescenza delle cellule muscolari lisce vascolari (VSMC). In linea con il rapporto delle Nazioni Unite (2017) sul World Population Prospects, circa 962 milioni di persone hanno un’età pari o superiore a 60 anni, pari al 13% della popolazione mondiale.5 Attualmente, le malattie cardiovascolari e cerebrovascolari sono le principali cause di disabilità e mortalità. tra gli anziani.6 A livello globale, le malattie vascolari legate all’invecchiamento hanno comportato un significativo onere sociale ed economico.7 Tuttavia, la mancanza di strategie diagnostiche e curative efficienti rappresenta una sfida importante nella gestione clinica dell’invecchiamento vascolare e delle malattie correlate. La diagnosi delle malattie vascolari viene determinata principalmente rilevando i livelli di biomarcatori e l'angiografia, che sono costosi e hanno una bassa sensibilità.8 Diverse opzioni terapeutiche, come geni, farmaci antisenso, peptidi e proteine, sono state prodotte per trattare le malattie vascolari legate all'invecchiamento, tuttavia, molti di essi hanno un'efficacia limitata o effetti collaterali avversi, attribuiti alla scarsa stabilità, alla bassa biodisponibilità, alla rapida degradazione degli enzimi e al mancato raggiungimento degli obiettivi.9 I comportamenti di stile di vita sani, compreso l'esercizio fisico regolare e gli schemi dietetici, sono strategie efficaci per prevenire le malattie vascolari. invecchiamento. Tuttavia, la maggior parte degli anziani non raggiunge le soglie di esercizio fisico salutare richieste o le soglie dietetiche raccomandate.10 Pertanto, lo sviluppo di modalità diagnostiche e terapeutiche efficaci e affidabili per l'invecchiamento vascolare e le malattie correlate è della massima importanza.

Le nanoparticelle sono particelle microscopiche di dimensioni comprese tra 1 e 100 nm, con varie applicazioni in campo biomedico.11 Le nanoparticelle che integrano agenti diagnostici e terapeutici in formulazioni di nanoparticelle hanno esercitato applicazioni complete in vari disturbi, come tumori,12 malattie neurologiche,13 malattie cardiovascolari ,14 malattie del fegato,15 e persino malattie renali.16 Le nanoparticelle diagnostiche e terapeutiche sono state utilizzate per migliorare l'efficacia diagnostica e terapeutica e per ridurre l'incidenza e l'intensità degli effetti collaterali aumentando l'accumulo di farmaco nei siti patologici e diminuendo l'accumulo di farmaco in tessuti sani.17,18 Il chiarimento dei progressi nella ricerca sulle nanoparticelle informerà i molteplici effetti clinici delle nanoparticelle (Fig. 1). La ricerca sulla nanoemulsione ha una lunga storia scientifica, che inizia nel 1943, quando Hoar e Schulman scoprirono e segnalarono per la prima volta questo sistema di dispersione.19 La conferenza di Richard Feynman del 1959 intitolata "Plenty of Room at the Bottom" è un evento fondamentale nella storia della nanoscienza e della nanotecnologia. 20 Nel 1963, Uyeda et al. nanoparticelle d'oro preparate (AuNP) mediante evaporazione in gas argon a bassa pressione.21 I liposomi, proposti per la prima volta da Bangham et al. nel 1965, hanno effetti unici di permeabilità e ritenzione che li rendono nuovi sistemi di somministrazione dei farmaci. I dendrimeri furono identificati e sintetizzati con successo per la prima volta da Tomalia nel 1985.22 A metà degli anni '80, Gleiter et al. sintetizzarono con successo nanoparticelle di ferro attraverso la condensazione di gas inerte, segnando una nuova era di ricerca nella nanoscienza e nella tecnologia.23 Le nanoparticelle magnetiche furono sviluppate come agenti di contrasto vascolare per l'imaging molecolare negli anni '90.24 Le nanoparticelle a base di carbonio come il fullerene e i nanotubi di carbonio (CNT) furono sviluppati rispettivamente nel 1985 e nel 1991.25,26 Nel 1993, Murray et al. punti quantici omogenei sintetizzati (QD) in una soluzione organica.27 In tandem con i progressi della nanoscienza, come sonde fluorescenti nella colorazione biologica e nella diagnostica, i QD sono stati segnalati per la prima volta nel 1998.28 Doxil, doxorubicina incapsulata in nanoparticelle a base lipidica, è stata la prima formulazione di nanoparticelle che sarà approvato dalla Food and Drug Administration (FDA) nel 1995 per il trattamento del sarcoma di Kaposi.12 Le nanoparticelle lipidiche solide (SLN) e le micelle polimeriche, sviluppate per la prima volta negli anni '90, sono state proposte come nuove generazioni di sistemi di somministrazione dei farmaci.29, 30 Dal 2000, gli studi hanno studiato le potenziali applicazioni delle nanoparticelle nella diagnostica, nell’imaging, nel gene e nel rilascio di farmaci. Alcuni farmaci come dalargin, loperamide o tubocurarina caricati su nanoparticelle polimeriche hanno mostrato vari effetti sul sistema nervoso centrale.31 Il grafene è stato studiato teoricamente dagli anni '40 e la sua esistenza è nota dagli anni '60, tuttavia è stato solo nel 2004 che Geim e Novoselov ne completarono l'isolamento, suscitando grande interesse scientifico e diventando uno dei materiali più studiati.32,33 Le origini delle nanoparticelle biomimetiche della membrana cellulare risalgono al 2011, quando Hu et al. sono stati i primi a segnalare nanoparticelle polimeriche mimetizzate con membrana eritrocitaria come piattaforme di rilascio biomimetico per ottenere una circolazione a lungo termine e un rilascio mirato.34 Il significato delle nanoparticelle nella diagnosi e nel trattamento delle malattie è stato ampiamente studiato, con risultati promettenti nella somministrazione di farmaci e nell'imaging diagnostico.35 ,36 Sono stati segnalati effetti critici delle nanoparticelle nella fisiologia e patologia vascolare, il che supporta la loro promessa come strategie avanzate per la gestione delle malattie vascolari legate all'invecchiamento. Tuttavia, non è stata riportata una revisione completa delle applicazioni delle nanoparticelle nell’invecchiamento vascolare e nelle malattie correlate. Pertanto, lo scopo principale di questa revisione è esplorare il potenziale delle nanoparticelle nella diagnosi e nel trattamento dell’invecchiamento vascolare e delle malattie correlate, comprese le malattie cardiovascolari, le malattie cerebrovascolari e le malattie renali croniche. Inoltre, discutiamo dei vantaggi, dei limiti, di diverse questioni tecniche e del lavoro futuro delle nanoparticelle.