Russiske dukkepolymer-vesikler efterligner cellestruktur

Nanomedicin står over for to hovedudfordringer:at kontrollere syntesen af ​​ekstremt små vektorer indeholdende en eller flere aktive ingredienser og frigive disse midler på det rigtige sted på det rigtige tidspunkt, i kontrollerede former og doser. Forskere fra Organic Polymer Chemistry Laboratory (Institut Polytechnique de Bordeaux, Frankrig) har for nylig indkapslet nanovesikler i lidt større vesikler. Denne "russiske dukke" struktur efterligner organiseringen af ​​celle rum. At reproducere det er et første stort skridt mod at udløse kontrollerede reaktioner i cellens struktur. Dette arbejde åbner allerede nye muligheder i form af multipel indkapsling, kompartmentaliserede reaktorer og administration af vektorer via nye leveringsveje (f.eks. oral absorption). Disse resultater er offentliggjort den 27. januar 2012, i Angewandte Chemie International Edition .

De vigtigste nanovektorer for lægemiddellevering, der er blevet undersøgt indtil videre, er lipidvesikler eller "liposomer". Analoger af disse vektorer baseret på polymerer og kendt som "polymersomer" blev opdaget for omkring 10 år siden. De har flere fordele i forhold til liposomer:de er mere stabile og uigennemtrængelige, de er lettere "funktionaliserede" og "modulerede" (det er muligt, for eksempel, at syntetisere varmefølsomme polymerer eller polymerer, der genkender bestemte typer celler, såsom tumorceller i særdeleshed). I løbet af de sidste 10 år, teamet koordineret af Sébastien Lecommandoux har udviklet "intelligente" polymersomer fra polypeptider, hvis egenskaber og strukturer er analoge med vira.

Forskerne tager nu denne biologiske mimik og inspiration videre, ved at indkapsle polymersomer i hinanden. Denne kompartmentalisering efterligner cellernes struktur, som selv er sammensat af rum (små indre organeller, hvor tusindvis af interaktioner og reaktioner finder sted hver dag) og et viskoelastisk cytoplasma, at give cellen en grad af mekanisk stabilitet. Imidlertid, at danne sådanne indkapslede polymersomer på en kontrolleret måde er ingen ringe bedrift.

Det lykkedes forskerne at gøre ved at bruge en ny emulsions-/centrifugeringsmetode, der var hurtig, let, krævede få reagenser og viste sig meget effektiv. Holdet brugte derefter billeddannelse med fluorescerende markører for at demonstrere dannelsen af ​​strukturer, hvor polymersomer var indkapslet i hinanden. Styring af denne kompartmentalisering gør det muligt at forestille sig indkapslingen af ​​flere forbindelser (inde i flere interne polymersomer) i en enkelt vektor. Dette er, hvad forskerne derefter fortsatte med at demonstrere:de indkapslede to forskellige populationer af interne polymersomer i et enkelt større polymersom. Deres resultater indikerer, at det burde være muligt at inkorporere et meget større antal forskellige vesikler i vektoren. Dette er meget lovende for kombineret vektorisering, i onkologi f.eks. hvor muligheden for at levere forskellige aktive ingredienser (hvoraf nogle ellers kan være uforenelige) via en enkelt vektor ville være en stor fordel.

Disse nye strukturer kan også bruges som opdelte reaktorer, i katalyse eller til biomedicinske anvendelser. Forskerne indkapslede tre forskellige fluorescerende molekyler (brugt som "modelaktive ingrediensmolekyler") i de tre rum, der er omfattet af disse strukturer:den ydre polymersommembran, det vandige hulrum af det ydre polymersom og den indre polymersommembran. Dermed, det er nu sandsynligt at indkapsle forskellige reagenser i de forskellige rum i polymersomerne eller at udløse forskellige kaskadereaktioner efter behag i disse polymersomer.

Ud over at give forbedret beskyttelse af de indkapslede aktive ingredienser, denne pakningstilgang letter også kontrol og muliggør en mere præcis modulering af vesiklernes permeabilitetsegenskaber. Forskerne modellerede dette i et eksperiment, der involverede in vitro-frigivelse af et anticancermiddel, doxorubicin (DOX), inkorporeret i interne indkapslede polymersomer. DOX blev frigivet omkring dobbelt så hurtigt fra klassiske nanopolymersomer end fra sådanne polymersomer indkapslet i et større eksternt polymersom.

Forskerne er de første, der har opnået denne type multiple, kontrolleret indkapsling i kompartmentaliserede vesikler, især polymerer, som også efterligner cytoskelettet, reproducerer således cellens struktur i sin helhed. Det næste trin vil være at bruge dette system til at udløse kontrollerede kemiske reaktioner i attolitervolumener (10 ^-18 liter), i et begrænset miljø.