Gode ​​vibrationer:Brug af letopvarmet vand til at levere medicin

Forskere fra University of California, San Diego Skaggs School of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences, i samarbejde med materialeforskere, ingeniører og neurobiologer, har opdaget en ny mekanisme til at bruge lys til at aktivere lægemiddelleverende nanopartikler og andre målrettede terapeutiske stoffer inde i kroppen.

Denne opdagelse repræsenterer en stor innovation, sagde Adah Almutairi, PhD, lektor og direktør for det fælles UC San Diego-KACST Center of Excellence in Nanomedicine. Indtil nu, hun sagde, kun en håndfuld strategier, der bruger lys-udløst frigivelse fra nanopartikler, er blevet rapporteret.

Mekanismen, beskrevet i 1. april 2014 online udgave af ACS Nano , anvender nær-infrarødt (NIR) lys fra en laveffektlaser til at opvarme vandlommer fanget i ikke-foto-responsive polymere nanopartikler infunderet med lægemidler. Vandlommerne absorberer lysenergien som varme, som blødgør den indkapslende polymer og tillader lægemidlet at blive frigivet til det omgivende væv. Processen kan gentages flere gange, med præcis kontrol af mængden og spredningen af ​​lægemidlet.

"En vigtig fordel ved denne mekanisme er, at den bør være kompatibel med næsten enhver polymer, selv dem, der er kommercielt tilgængelige, sagde Mathieu Viger, en post-doc stipendiat i Almutairis laboratorium og medforfatter af undersøgelsen. "Vi har observeret indfangning af vand i partikler sammensat af alle de biologisk nedbrydelige polymerer, vi hidtil har testet."

Metoden, bemærkede Viger, kunne således let adopteres af mange biologiske laboratorier.

Den kombinerede brug af hydrerede polymerer og nær-infrarødt lys ser ud til at løse en lang række teknologiske og sundhedsmæssige barrierer, der har hindret tidligere, lignende tilgange. Tidligere bestræbelser på at bruge NIR-udløst udgivelse er ikke blevet udnyttet bredt, fordi de krævede specielle designerpolymerer, dyre højtydende lasere og/eller co-indkapsling af uorganiske partikler, hvis sikkerhed i kroppen stadig er tvivlsom.

Den nye metode beskrevet af Almutairi og kolleger i afdelingerne for Mechanical and Aerospace Engineering, Neurovidenskab, og kemi og biokemi ved UC San Diego bruger NIR ved en vibrationsbølgelængde, der er indiceret til at excitere vandmolekyler, som absorberer den optiske energi og omdanner den til varme. NIR er i stand til at trænge ind i biologiske væv til større dybder end synligt eller ultraviolet lys.

Medforfatter Wangzhong Sheng, en kandidatstuderende i Institut for Mekanisk og Rumfartsteknik, forklarede selektiviteten af ​​opvarmning ved at sammenligne det fangede vand i partikler med et glas vand og det omgivende vand i opløsningen eller vævet med et badekar. Den mindre mængde vand opvarmes meget hurtigere på grund af den enorme volumenforskel.

En oplagt brug af metoden, sagde Almutairi, er lysudløst medicinafgivelse, men med mere forskning, hun forventer, at den nye metode kan give en række industrielle, medicinske og videnskabelige anvendelser, herunder "enhver teknologisk anvendelse, der kræver, at kemi kontrolleres i tid og rum, såsom i katalyse eller selvreparerende materialer eller lysaktiverede solcremer eller pesticiddosering."