Ultra-lille blok M illustrerer store ideer inden for levering af lægemidler

Ved at lave, hvad der måske er verdens mindste tredimensionelle uofficielle blok "M, "Forskere fra University of Michigan har demonstreret en nanopartikelfremstillingsproces, der er i stand til at producere flerlags, præcise former.

Forskerne siger, at deres teknik kan bane vejen til medicin, der kan målrette mod bestemte celler, levere flere lægemidler på forskellige tidspunkter og takster, og endda tillade læger at styre stofferne til bestemte steder i kroppen. De kunne også tilbyde forskere bedre måder at teste nye terapier på.

Den nye metode producerer partikler, der kan være 10 eller flere lag tykke - for at inkorporere flere behandlingsforløb, metaller, plast eller stort set ethvert andet materiale. De kan laves i præcist kontrollerede størrelser og former, der er så små som 25 nanometer på tværs. Ved 115 x 160 mikron og 3 mikrometer tyk, de hånlige Michigan -logoer er hver på størrelse med et sandkorn. En mikron, eller mikrometer, er en tusindedel af en millimeter.

"Blokken 'M'er' var en test, "sagde Anish Tuteja, U-M adjunkt i materialevidenskab og teknik og en udvikler af processen. "Dette åbner alle mulige muligheder for at kombinere forskellige polymerer og molekyler i forskellige former. Og fordi det er enkelt og billigt, vi kan udforske nye muligheder meget lettere end tidligere. "

Forskere siger, at en af ​​de første applikationer kunne være kemoterapi, hvor deres evne til at inkorporere flere lag kunne sætte lægemiddelproducenter i stand til at kombinere forskellige kemoterapilægemidler og målrette mod flere typer kræftceller med en enkelt behandling. De kunne også lagde magnetiske materialer i lag, der gør det muligt for læger at styre stofferne mod tumorer.

En anden vigtig egenskab er partiklernes fleksible form, størrelse og makeup, hvilket kan gøre det muligt for læger og lægemiddelproducenter at optimere medicin til mere effektivt at målrette kræftceller og gøre mindre skade på raske celler.

"Forskellige typer kræft har forskellige cellestrukturer, og hver type kan internalisere nanopartikler på en anden måde, "sagde Geeta Mehta, UM assistent professor i materialevidenskab og teknik, der arbejder på projektet. "Vi kan let skræddersy formen og lægemiddelkombinationerne af disse nye partikler til hver type kræft, så de er mere effektive mod kræftceller og mindre skadelige for raske celler."

Selvom enhver ny behandling sandsynligvis er fem til ti år ude, teamet håber at få en tidlig iteration af de medikamenter, der er tilgængelige til test inden for et til to år.

Partiklernes alsidighed og relativt enkle produktionsproces gør dem også nyttige i laboratoriet til test af nye behandlinger, og for at få en bedre forståelse af præcis, hvordan medicin interagerer med celler.

"University of Michigan har et omfattende bibliotek af nye kræftlægemidler under udvikling, og jeg tror, ​​at disse partikler vil hjælpe os med at forstå, hvordan vi bruger dem mest effektivt, "Sagde Mehta." Vi kan let prøve nye kombinationer af lægemidler og forskellige partikelformer, og vi kan inkludere farvestoffer og andre markører for at se, hvordan de opfører sig inde i en celle. "

Partiklerne kan også være nyttige til andre applikationer til levering af lægemidler, herunder inhalerbare vacciner og tidsfrigivende receptpligtige lægemidler, der kunne tages langt sjældnere end nuværende medicin.

Mens forskere med succes har skabt flerlags nanopartikler tidligere, disse partikler er de første til at kombinere denne evne med præcis kontrol over partiklernes form, størrelse og sammensætning.

Forskergruppen begyndte produktionsprocessen med en siliciumskive, der har en væskeafvisende belægning. De brugte ultraviolet lys til at æde belægningen væk i form af de sidste partikler. Endelig, de dyppede den ætsede wafer i en væske indeholdende deres polymer opløst i et opløsningsmiddel. Væsken satte sig kun på de ætsede områder, og når opløsningsmidlet fordampede, polymeren forblev, efterlader præcist formede nanopartikler. For at få flere lag, forskere dyppede simpelthen skiven igen og igen, danner et nyt lag hver gang.

Tuteja sagde, at de nuværende metoder til fremstilling af flerlags nanopartikler er mere komplekse end den nye tilgang. De fleste kan kun producere sfæriske partikler, og at kontrollere partikelstørrelse er vanskelig. Han sagde, at teamet er i gang med at udvikle automatiserede fremstillingsmetoder, der i sidste ende kunne producere større partikler med større effektivitet. Processen kan potentielt bruges til at fremstille partikler til en række forskellige applikationer, herunder computerskærme, diagnostiske sensorer og endda mikroskopiske motorer.

Mehta er også adjunkt i biomedicinsk teknik og makromolekylær videnskab og teknik. Tuteja er også adjunkt i makromolekylær videnskab og teknik.

Et papir om teknikken, med titlen "Wettability Engendered Templated Self-Assembly (WETS) til fremstilling af flerfasede partikler, "er offentliggjort i bladet ACS Applied Materials &Interfaces den 25. februar. Forskning blev støttet af National Science Foundation og Office of Naval Research.