Opbygning af et bedre liposom

Ved hjælp af beregningsmodellering, forskere ved Carnegie Mellon University, Colorado School of Mines og University of California, Davis har fundet på et design til et bedre liposom. Deres resultater, mens det er teoretisk, kunne danne grundlag for effektivt at konstruere nye køretøjer til nanodrug levering.

Liposomer er små beholdere med skaller lavet af lipider, det samme materiale, der udgør cellemembranen. I de seneste år, liposomer er blevet brugt til målrettet lægemiddellevering. I denne proces, membranen af ​​et lægemiddelholdigt liposom er konstrueret til at indeholde proteiner, der vil genkende og interagere med komplementære proteiner på membranen af ​​en syg eller dysfunktionel celle. Efter at de lægemiddelholdige liposomer er administreret, de rejser gennem kroppen, ideelt set at forbinde med målrettede celler, hvor de frigiver stoffet.

Denne emballeringsteknik bruges ofte sammen med meget giftige nanolægemidler, som kemoterapimedicin, i et forsøg på at forhindre det frie stof i at beskadige ikke-kræftceller. Imidlertid, undersøgelser af denne leveringsmodel har vist, at i mange tilfælde ender mindre end 10 procent af de lægemidler, der transporteres af liposomer, i tumorceller. Tit, liposomet åbner sig, før det når en tumorcelle, og lægemidlet absorberes i kroppens organer, inklusive lever og milt, resulterer i toksiske bivirkninger.

"Selv med nuværende former for målrettet medicinlevering, behandlinger som kemoterapi er stadig meget brutale. Vi ville se, hvordan vi kunne gøre målrettet medicinlevering bedre, " sagde Markus Deserno, professor i fysik ved Carnegie Mellon og medlem af universitetets Center for Membrane Biology and Biophysics.

I et blad udgivet i ACS Nano , Deserno og kolleger foreslår, at målrettet lægemiddellevering kan forbedres ved at lave mere stabile liposomer. Ved at bruge tre forskellige typer computermodellering, de har vist, at liposomer kan gøres mere robuste ved at inkorporere en nanopartikelkerne lavet af et materiale som guld eller jern og forbinde denne kerne med liposomets membran ved hjælp af polymerbindinger. Kernen og tjorene fungerer som et nav-og-eger-lignende stillads og stødabsorberende system, der hjælper liposomet med at klare de belastninger og belastninger, det møder, når det bevæger sig gennem kroppen til sit mål.

Francesca Stanzione og Amadeu K. Sum fra Colorado School of Mines udførte en finkornet simulering, der så på, hvordan polymerbindingerne forankrer liposomets membran på et atomistisk niveau. Roland Faller fra UC Davis lavede en simulering i meso-skala, der så ud, hvordan et antal tøjler holdt på en lille membranlap. Hver af disse simuleringer gjorde det muligt for forskere at se på mindre komponenter af liposomet, nanopartikelkerne og tøjringer, men ikke hele strukturen.

For at se hele strukturen, Carnegie Mellons Deserno og Mingyang Hu udviklede en grovkornet model, der repræsenterer grupperinger af komponenter snarere end individuelle atomer. For eksempel, et lipid i cellemembranen kan have 100 atomer. I en finkornet simulering, hvert atom ville være repræsenteret. I Desernos grovkornssimulering, disse atomer kan være repræsenteret af kun tre stykker i stedet for 100.

"Det er umuligt at se på den komplette konstruktion på et atomistisk niveau. Der er for mange atomer at overveje, og tidshorisonten er for lang. Selv med den mest avancerede supercomputer, vi ville ikke have magten til at køre en simulering på atomniveau, " sagde Deserno. "Men den fysik, der betyder noget, er ikke lokalt specifik. Det er mere som blødt stofs fysik, som kan beskrives med en meget grovere opløsning."

Desernos simulering gjorde det muligt for forskerne at se, hvordan hele den forstærkede liposomkonstruktion reagerede på stress og belastning. De foreslog, at hvis et liposom fik den rigtige størrelse hub og tøjringer, dens membran ville være meget mere modstandsdygtig, bøjning for at absorbere stød og tryk.

Derudover de var i stand til at simulere, hvordan man bedst samler liposomet, hub og tøjringssystem. De fandt ud af, at hvis navet og tøjret er fastgjort og placeret i en opløsning af lipider, og opløsningsmiddelbetingelser er passende valgt, et korrekt størrelse liposom vil samle sig selv omkring navet og tøjrene.

Forskerne håber, at kemikere og lægemiddeludviklere en dag vil være i stand til at bruge deres simuleringer til at bestemme, hvilken størrelse kerne- og polymerbindinger de skal bruge for effektivt at sikre et liposom designet til at levere et specifikt lægemiddel eller en anden nanopartikel. Brug af sådanne simuleringer kan indsnævre designparametrene, fremskynde udviklingsprocessen og reducere omkostningerne.