Forskere udvikler en nanoubåd, der leverer komplementære molekyler inde i celler

Med det fortsatte behov for meget små enheder i terapeutiske applikationer, der er en stigende efterspørgsel efter udvikling af nanopartikler, der kan transportere og levere lægemidler til målceller i den menneskelige krop.

For nylig, forskere skabte nanopartikler, der under de rette forhold, selvsamlende – indfanger komplementære gæstemolekyler i deres struktur. Som små ubåde, disse alsidige nanobærere kan navigere i det vandige miljø omkring celler og transportere deres gæstemolekyler gennem membranen af ​​levende celler for sekventielt at levere deres last.

Selvom transporten af ​​molekyler inde i celler med nanopartikler tidligere er blevet opnået ved hjælp af forskellige metoder, forskere har udviklet nanopartikler, der er i stand til at levere og udveksle komplementære molekyler. Til praktiske anvendelser, disse nanobærere er meget ønskværdige, forklarer Francisco Raymo, professor i kemi ved University of Miami College of Arts and Sciences og hovedefterforsker af dette projekt.

"Evnen til at levere forskellige arter inde i celler uafhængigt og tvinge dem til at interagere, udelukkende i det intracellulære miljø, kan udvikle sig til en værdifuld strategi til at aktivere lægemidler inde i celler, " siger Raymo.

De nye nanobærere er 15 nanometer i diameter. De er supramolekylære konstruktioner, der består af byggesten kaldet amfifile polymerer. Disse nanobærere holder gæstemolekylerne inden for rammerne af deres vanduopløselige indre og bruger deres vandopløselige ydre til at rejse gennem et vandigt miljø. Som resultat, disse nanovehicles er ideelle til at overføre molekyler, der ellers ville være uopløselige i vand, på tværs af et flydende miljø.

"En gang inde i en levende celle, partiklerne blandes og udveksler deres last. Denne interaktion muliggør energioverførsel mellem de internaliserede molekyler, " siger Raymo, direktør for UMs laboratorium for molekylær fotonik. "Hvis de komplementære energidonorer og -acceptorer indlæses separat og sekventielt, overførslen af ​​energi mellem dem sker udelukkende i det intracellulære rum, " siger han. "Når energioverførslen finder sted, acceptorerne udsender et fluorescerende signal, der kan observeres med et mikroskop."

Væsentlige for denne mekanisme er de ikke-kovalente bindinger, der løst holder de supramolekylære konstruktioner sammen. Disse svage bindinger eksisterer mellem molekyler med komplementære former og elektroniske egenskaber. De er ansvarlige for supramolekylernes evne til at samles spontant i flydende miljøer. Under de rette forhold, reversibiliteten af ​​disse svage ikke-kovalente kontakter tillader de supramolekylære konstruktioner at udveksle deres komponenter såvel som deres last.

Forsøgene blev udført med cellekulturer. Det vides endnu ikke, om nanopartiklerne rent faktisk kan rejse gennem blodbanen.

"Det ville være drømmen, men vi har ingen beviser for, at de faktisk kan gøre det, " siger Raymo. "Men, det er den retning, vi er på vej."

Den næste fase af denne undersøgelse involverer at demonstrere, at denne metode kan bruges til at udføre kemiske reaktioner inde i celler, i stedet for energioverførsler.

"Størrelsen af ​​disse nanopartikler, deres dynamiske karakter og det faktum, at reaktionerne finder sted under normale biologiske forhold (ved omgivelsestemperatur og neutralt miljø) gør disse nanopartikler til et ideelt vehikel til kontrolleret aktivering af terapeutiske midler, direkte inde i cellerne, " siger Raymo.

Den nuværende undersøgelse har titlen "Intracellulær gæsteudveksling mellem dynamiske supramolekylære værter." Det er offentliggjort i Journal of the American Chemical Society .

Andre forfattere er John F. Callan, medkorresponderende forfatter til undersøgelsen, fra School of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences ved University of Ulster; Subramani Swaminathan og Janet Cusido fra UM's Laboratory for Molecular Photonics, Institut for Kemi i College of Arts and Sciences; og Colin Fowley og Bridgeen McCuaghan, School of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences ved University of Ulster.