Forskere forbedrer computermodellering til design af nanobærere til lægemiddellevering

Et hold forskere fra University of Pennsylvania har udviklet en computermodel, der vil hjælpe med design af nanobærere, mikroskopiske strukturer, der bruges til at lede lægemidler til deres mål i kroppen. Modellen redegør bedre for, hvordan overfladerne af forskellige celletyper bølger på grund af termiske udsving, informerende funktioner i nanobærerne, der vil hjælpe dem med at holde sig til celler længe nok til at levere deres nyttelast.

Undersøgelsen blev ledet af Ravi Radhakrishnan, en professor i afdelingerne for bioteknik og kemisk og biomolekylær teknik på Penns School of Engineering and Applied Science, og Ramakrishnan Natesan, et medlem af hans laboratorium.

Richard Tourdot bidrog også til undersøgelsen, et Radhakrishnan lab medlem; David Eckmann, Horatio C. Wood-professor i anæstesiologi og kritisk pleje ved Penns Perelman School of Medicine; Portonovo Ayyaswamy, Asa Whitney professor i maskinteknik og anvendt mekanik i Penn Engineering; og Vladimir Muzykantov, en professor i farmakologi i Penn Medicine.

Det blev offentliggjort i tidsskriftet Royal Society Open Science .

Nanobærere kan designes med molekyler på deres ydre, der kun binder til biomarkører, der findes på en bestemt type celle. Denne type målretning kan reducere bivirkninger, som når kemoterapimedicin ødelægger sunde celler i stedet for kræftceller, men biomekanikken i denne bindingsproces er kompleks.

Tidligere arbejde fra nogle af forskerne afslørede et kontraintuitivt forhold, der antydede, at tilføjelse af flere målrettede molekyler på nanocarrierens overflade ikke altid er bedre.

En nanobærer med flere af disse målrettede molekyler kan finde og binde til mange af de tilsvarende biomarkører på én gang. Selvom en sådan konfiguration er stabil, det kan mindske nanobærerens evne til at skelne mellem sundt og sygt væv. At have færre målrettede molekyler gør nanobæreren mere selektiv, da det vil have sværere ved at binde sig til sundt væv, hvor de tilsvarende biomarkører ikke er overudtrykt.

Holdets nye undersøgelse tilføjer nye dimensioner til modellen for samspillet mellem den cellulære overflade og nanobæreren.

"Selve celleoverfladen er som et campingvognstelt på en blæsende dag i en ørken, " sagde Radhakrishnan. "Jo mere overskydende i kluden, jo mere flagren af ​​teltet. Tilsvarende jo mere overskydende cellemembranareal på 'teltpælene, cellens cytoskelet, jo mere flagren af ​​membranen på grund af termisk bevægelse."

Penn-teamet fandt ud af, at forskellige celletyper har forskellige mængder af dette overskydende membranareal, og at denne mekaniske parameter styrer, hvor godt nanobærere kan binde til cellen. Regnskab for flagrende membraner i deres computermodeller, ud over mængden af ​​målrettede molekyler på nanobæreren og biomarkører på celleoverfladen, har fremhævet vigtigheden af ​​disse mekaniske aspekter i, hvor effektivt nanocarriers kan levere deres nyttelast.

"Disse designkriterier, " sagde Radhakrishnan, "kan bruges til skræddersyet design af nanobærere til en given patient eller patient-kohorte, viser derfor en vigtig vej frem for tilpasset nanocarrier-design i en æra med personlig medicin."