Ændringer i form og squishiness kan hjælpe lægemiddelholdige mikrokapsler med at nå tumorer

University of Alabama i Birmingham forsker Eugenia Kharlampieva, Ph.D., fremstiller polymermikrokapsler beregnet til at transportere kræftlægemidler til stedet for en tumor. Arbejder i UAB Department of Chemistry i skæringspunktet mellem polymerkemi, nanoteknologi og biomedicinsk videnskab, hun skaber nye "smarte" partikler, der vil levere kontrolleret levering af terapeutiske lægemidler. Specifikt, hun har fundet ud af, at ændringer i form eller elasticitet af disse små bærere i høj grad påvirker deres evne til at overvinde de forhindringer, der ligger mellem en indsprøjtning i en vene og opslugning af en kræftcelle.

I en nylig avis, Kharlampieva og kolleger sammenlignede fire forskellige mikrokapsler - stive terninger eller kugler, og elastiske terninger eller kugler – for at se, hvordan de klarer sig i forhold til tre udfordringer. Den første er at undgå opslugning af sunde makrofag-immunsystemceller, der fungerer som udkigsposter og første forsvarere mod fremmede patogener, der trænger ind i kroppen. Den anden er evnen til at presse gennem de små åbninger i væggene i usunde blodkar for at nå tumorceller. Den tredje er at blive optaget af tumorceller, hvor de kan levere deres kemoterapi-nyttelast.

I in vitro -eksperimenterne holdet fandt klare vindere. Til makrofagudfordringen, de elastiske kugler og terninger var langt bedre til at undgå opslugning sammenlignet med de solide kugler og kuber. Dette betyder potentielt mindre skade på de sunde immunsystemceller og en længere halveringstid i blodbanen for de elastiske terapeutiske mikrokapsler.

"Vi vil have dem til at holde sig væk fra makrofager, som er som soldaterne der renser blodbanen, " sagde Kharlampieva. "Vi fandt ud af, at de hule partikler er meget mere elastiske, og de optages ikke af makrofager, hvilket er fantastisk."

I udfordringen med at klemme gennem små åbninger, de elastiske kugler og terninger var igen langt bedre end de solide mikrokapsler. Væggene i de mikroskopiske blodkar i tumorer har åbninger, der varierer mellem 300 nanometer til 1,2 mikrometer. Forskerne fandt ud af, at de elastiske mikrokapsler, som er 2 mikrometer bred, kunne presse sig gennem porer, der var to til tre gange mindre end partiklernes diametre. Og efter at have presset igennem, mikrokapslerne genvandt deres former som kugler eller terninger.

I test af optagelse i brystkræftceller, kuberne - uanset om de er solide eller elastiske - viste større optagelse, muligvis fordi de flade vægge har større overfladekontakt med cellerne.

Dermed, samlet set, skriver forskerne, "Vores data viser, at elastiske kubiske kapsler har vigtige biologiske egenskaber, som kan berettige deres videre udvikling til kræftbehandling."

Det næste skridt for Kharlampieva og hendes kolleger vil være at teste den biologiske betydning, ser på, hvordan ændringer i former og elasticitet påvirker skæbnen og destinationerne for disse polymermikrokapsler i musenes blodbaner.

detaljer

For at fremstille kuglerne og terningerne, Kharlampieva og kolleger starter med solide stilladser - enten en sfærisk partikel af siliciumdioxid eller en kubisk krystal af mangancarbonat. De belægger derefter partiklerne med fem dobbeltlag af polymerer, ved anvendelse af garvesyre og poly(N-vinylpyrrolidon). For de faste mikrokapsler, de efterlader stilladserne på plads. Til de elastiske mikrokapsler, de fjerner stilladserne med enten syre eller et chelateringsmiddel.

De resulterende mikrokapsler er vandopløselige, ikke-toksisk og biologisk nedbrydelig, som passer dem til jobbet med kontrolleret lægemiddellevering, og polymervæggene i disse former er kun 50 nanometer tykke. Deres elasticitet måles med et atomkraftmikroskop, og de er så små, at en linje på 12, 700 af mikrokapslerne ville måle 1 tomme.

Kharlampievas undersøgelse af virkningerne af form og elasticitet kommer fra den simple observation, at celler i kroppen, der bevæger sig gennem blodbanen, ikke er sfæriske og er ret elastiske.

Papiret, "Kubisk form forbedrer interaktionen mellem lag-for-lag polymerpartikler med brystkræftceller, " blev offentliggjort i Avancerede sundhedsmaterialer .