Plankton inspirerer til skabelse af stealth-panser til mikroskopiske lægemiddelkøretøjer med langsom frigivelse

(PhysOrg.com) -- Nogle former for plankton og bakteriers evne til at bygge et ekstra naturligt lag af nanopartikellignende rustning har inspireret kemikere ved University of Warwick til at udtænke en overraskende enkel måde at give lægemiddelbærende polymervesikler (mikroskopisk polymer) baseret væskesække) deres egen pansrede beskyttelse.

Warwick-forskerne har været i stand til at dekorere disse hule strukturer med en række forskellige nanopartikler, der åbner en ny strategi i designet af køretøjer til frigivelse af lægemidler, for eksempel ved at give vesiklen "stealth"-evner, som kan undgå kroppens forsvar, mens stoffet frigives.

Fremskridt inden for polymerisering har ført til en stigning i skabelsen af ​​vesikler fremstillet af polymermolekyler. Sådanne vesikler har interessante kemiske og fysiske egenskaber, som gør disse hule strukturer til potentielle lægemiddelleveringsvehikler.

University of Warwick-teamet var overbevist om, at endnu mere styrke, og interessante skræddersyede ejendomme, kunne gives til vesiklerne, hvis de kunne tilføje et ekstra lag kolloid rustning lavet af en række forskellige nanopartikler.

Ledende forsker på University of Warwick-teamet lektor Stefan Bon sagde:

"Vi hentede vores inspiration fra naturen, i hvordan det tilføjer beskyttelse og mekanisk styrke i visse klasser af celler og organismer. Ud over den mekaniske styrke, som cellens cytoskelet giver, planter, svampe, og visse bakterier har en ekstra cellevæg som yderste grænse. Organismer, der især tiltrak vores interesse, var dem med en cellevæg bestående af en panser af kolloide genstande – for eksempel bakterier belagt med S-lagsproteiner, eller planteplankton, såsom coccolithophoriderne, som har deres eget CaCO3-baserede nanomønstrede kolloide panser"

Warwick-forskerne fandt på en overraskende enkel og yderst effektiv metode til at tilføje en række forskellige typer ekstra rustning til de polymerbaserede vesikler. En af disse pansertyper var et meget regelmæssigt pakket lag af mikroskopiske polystyrenkugler. Denne konfiguration betød, at forskerne kunne designe en vesikel, som havde en yderligere og præcis permeabel forstærket barriere for frigivelse af lægemidler, som et resultat af polystyrenkuglernes krystallinsk-lignende ordnede struktur.

Forskerne lykkedes også med at bruge den samme teknik til at tilføje en gelatine-lignende polymer for at give en "stealth" panser til at beskytte vesikler fra uønsket opmærksomhed fra kroppens immunsystem, mens den langsomt frigav sin lægemiddelbehandling. Denne særlige belægning (en poly((ethylacrylat)-co-(methacrylsyre)) hydrogel) absorberer så meget omgivende vand ind i dens ydre struktur, at den måske kan narre kroppens forsvarsmekanisme til at tro, at den i virkeligheden bare er vand.

Warwick-forskerne havde ideen om blot at give deres udvalgte kolloide partikler, eller latex, baseret panser den modsatte ladning af polymervesiklerne, at binde dem sammen. Dette viste sig at være endnu mere effektivt og nemt at manipulere og skræddersy, end de selv havde håbet på. Men forskerne havde brug for en ny måde at observere vesiklerne for at se, om deres plan havde fungeret.

Tidligere observationsmetoder krævede, at forskere tørrede vesiklerne ud, før de undersøgte dem under et elektronmikroskop - men dette deformerede vesiklerne alvorligt og giver derfor få nyttige data. Men University of Warwick havde for nylig anskaffet et kryoelektronmikroskop takket være finansiering fra Science City-programmet. Dette gjorde det muligt for forskerholdet hurtigt at fryse vesiklerne til -150o og bevare vesiklernes form før observation med elektronmikroskopet. Dette afslørede, at forskernes simple ladningsbaserede havde fungeret nøjagtigt som planlagt.