211service.com
Form spelar roll för nanopartiklar
Nanopartiklar formade för att likna vissa bakterier kan lättare infiltrera mänskliga celler, enligt en ny studie. Resultaten tyder på att förändring av formen på nanopartiklar kan göra dem mer effektiva vid behandling av sjukdomar.
Cellinkräktare: Cylindriska nanopartiklar glider lätt in i cellerna. De skulle kunna användas för att leverera läkemedel till cancervävnader.
Joseph DeSimone , en professor i kemi och kemiteknik vid University of North Carolina vid Chapel Hill och vid North Carolina State University, testade hur nano- och mikropartiklar formade som kuber, squatcylindrar och långa stavar togs upp i mänskliga celler i kultur. Han fann att långa, stavformade partiklar gled in i celler med fyra gånger hastigheten för korta, cylindriska former med liknande volymer. DeSimone, som rapporterade fynden denna vecka i Proceedings of the National Academy of Sciences , noterar att de snabbare nanopartiklarna liknar vissa typer av bakterier som är bra på att infektera celler. Många stavliknande bakterier tar sig snabbt in i cellerna, säger han. Genom att använda samma storlek och form kommer våra partiklar också in väldigt snabbt.
Forskare har länge misstänkt att efterlikning av bakteriers, svampar, blodkroppars distinkta former – även pollen – skulle kunna förbättra nanopartiklars förmåga att leverera läkemedel till sjuka celler i kroppen. Men det har varit svårt att testa denna misstanke. Vad som behövs är ett sätt att snabbt göra miljarder partiklar av identisk storlek, kemi och form, och sedan systematiskt variera dessa parametrar för att lära sig vilken effekt de har.
DeSimone utvecklade ett sätt att enkelt designa och testa en mängd olika partikelformer, samtidigt som man kontrollerar storlek och kemisk sammansättning. Till exempel kan han göra partiklar av olika former – bumeranger, munkar, sexkantsmuttrar, cylindrar, kuber – samtidigt som storleken hålls konstant. Han kan också göra bumerangformade partiklar av olika storlekar, eller hålla storlek och form konstant och endast variera partiklarnas kemiska sammansättning. Processen ger forskarna en oöverträffad kontrollnivå, säger han, vilket gör det enkelt att snabbt testa hur förändrade olika parametrar hos nanopartiklarna, inklusive form, påverkar hur de beter sig i vävnader.
Multimedia
Se hur man gör nanopartiklar formade som bumeranger.
Historiskt sett har det mesta av arbetet med partiklar varit med sfäriska partiklar eftersom att göra partiklar av olika former har varit mycket utmanande, säger Samir Mitragotri , professor i kemiteknik vid University of California, Santa Barbara. DeSimone visar en mycket kraftfull teknik som visar [att] partiklar av olika former och material kan förberedas, säger Mitragotri. Det går långt utöver nuvarande verktyg. Han tillägger att tidningen visar att form gör stor skillnad i biologiskt svar.
DeSimone identifierade också de exakta mekanismerna genom vilka celler tar in partiklar av olika former. Dessa mekanismer avgör var partiklarna hamnar inuti cellen. Dessa nya data kan hjälpa forskare att designa partiklar som når särskilda fack i en cell som har en känd nivå av surhet. Forskarna kunde sedan finjustera partiklarna så att de bryts ner och släpper sin last först när de når önskat fack. På så sätt kommer partiklarna bara att släppa ut läkemedel i målcellerna, vilket lämnar friska celler oskadda.
DeSimone använder sin tillverkningsteknik för att producera nanopartiklar som levererar läkemedel till cancerceller. Han påbörjar försök på möss för ett antal cancertyper – bröst-, äggstocks-, livmoderhals-, lung-, prostata- och lymfom. Han kan genomföra så många försök eftersom det är lätt att lägga till olika behandlingsmolekyler till sina partiklar. Partiklar som utvecklats för att rikta in sig på bröstcancer kan enkelt ändras till t.ex. lungcancer. Under testerna kommer DeSimone systematiskt att variera doser, storlekar och så vidare för att bestämma de minst giftiga och mest effektiva kombinationerna. Du kan nu sprida många olika cancerformer och titta på vad som är de mest effektiva designparametrarna du kan sätta in i systemet, säger han.
DeSimone har utvecklat partiklar som liknar röda blodkroppar i storlek, form och flexibilitet för att hjälpa dem att cirkulera i blodomloppet utan att avlägsnas av biologiska barriärer. (Han testar dessa på djur som en potentiell grund för konstgjort blod.) Han testar också långa, maskliknande partiklar som inte lätt kan konsumeras av makrofager. Partikeln måste övervinna så många hinder innan den når sin destination, säger Mitragotri. Tidigare har forskare varit begränsade till att ändra partiklars storlek och kemi. Att lägga till förmågan att kontrollera formen ger ett stort uppsving för att övervinna dessa hinder, säger Mitragotri.