Et lille guldbur reagerer på lys, Åbning for at tømme dens indhold

(PhysOrg.com) - Forskere ved Washington University i St. Louis har udviklet en polymer-coated guld nanocage, der ikke kun åbner sig som reaktion på lys for at frigive en lille mængde af et lægemiddel nyttelast, men lukker så når lyset slukkes, efterlader denne nanoenhed klar til at levere endnu en dosis lægemiddel på kommando. Frigivelse af omhyggeligt titrerede mængder af et lægemiddel kun nær det væv, der er lægemidlets tilsigtede mål, dette leveringssystem har potentialet til at maksimere et lægemiddels gavnlige virkninger og samtidig minimere dets bivirkninger.

Dette arbejde, ledet af Younan Xia, Ph.D., blev offentliggjort i tidsskriftet Naturmaterialer .

Nøglen til nanocage's reaktion på lys ligger i et fysisk fænomen kendt som overfladeplasmonresonans. Nogle af elektronerne i guldnanohuset er ikke forankret til individuelle atomer, men danner i stedet en fritflydende elektrongas. Lys, der falder på disse elektroner, kan få dem til at svinge som én. Denne kollektive svingning, overflade plasmon, forekommer ved en bestemt bølgelængde, eller farve, det afhænger af tykkelsen af ​​burets vægge. Efterhånden som mere guld aflejres på burene og deres vægge bliver tykkere, en suspension af nanocages skifter fra rød til bølgelængder i det nær-infrarøde. Biologiske væv er stort set gennemsigtige for nær-infrarødt lys.

Overfladeplasmonresonansen har faktisk to dele. Ved resonansfrekvensen, lys kan spredes fra burene, optaget af dem, eller en kombination af disse to processer. Det er den absorptionskomponent, som forskerne udnytter til at åbne og lukke nanocages. Da nanocages absorberer lys, de bliver varme, udløser en ændring i en speciel polymer, der reagerer på varme på en interessant måde. Polymeren, poly(N-isopropylacrylamid), og dets derivater har det, der kaldes en kritisk temperatur. Når de når denne temperatur, gennemgår de en transformation kaldet en faseændring.

Hvis temperaturen er lavere end den kritiske temperatur, polymerkæderne er vandelskende og skiller sig ud fra buret som børster. Børsterne forsegler burets porer og forhindrer dets last i at lække ud. Men da guldburet reagerer på lys og varmer over den kritiske temperatur, polymerkæderne skyr vand, krympe sammen og falde sammen. Når de krymper, porerne i buret åbner sig, frigive dens indhold. Mængden af ​​medicin, der diffunderer ud af burene, afhænger af, hvor længe burene forbliver varme, hvilket igen afhænger af hvor længe lyset skinner på dem.

For at denne åben-og-luk-proces kan være medicinsk nyttig, efterforskerne skræddersyede polymerens kritiske temperatur til at falde over kropstemperaturen (37 °C), men et godt stykke under 42 °C, den temperatur, ved hvilken varme ville begynde at dræbe celler. Tests med doxorubicin-fyldte nanocages viste, at lys udløste lægemiddelfrigivelse som forventet, udløser døden af ​​brystkræftceller, der dyrker kultur.

Dette arbejde er beskrevet detaljeret i et papir med titlen, "Guld nanocages dækket af smarte polymerer til kontrolleret frigivelse med nær-infrarødt lys." Et sammendrag af denne artikel er tilgængelig på tidsskriftets hjemmeside.

Leveret af National Cancer Institute (nyheder:web)