Nanobowls tilbyder en måde at magnetisk afgive medicin i kroppen

Forestil dig en enhed, der kunne transportere stoffer til ethvert sygt sted i kroppen ved hjælp af en lille magnet. Forskere ved University of California San Diego har taget et skridt mod dette mål ved at udvikle fartøjer i nanostørrelse, kaldet nanobowls, der kunne fyldes med lægemiddelmolekyler og styres med magneter til styret levering til specifikke væv og organer, herunder kræftvæv, små organer såsom bugspytkirtlen og svært tilgængelige områder som hjernen.

"Vores mål er at udvikle lægemiddelbærere, som vi kan lede til enhver del af kroppen, hold dem der, indtil de slipper deres nyttelast, så led dem væk - alt sammen gjort med en lille magnet, " sagde Ratneshwar Lal, professor i bioteknik, maskinteknik og materialevidenskab på Jacobs School of Engineering ved UC San Diego.

"Vigtigere, vi ønsker at lede disse lægemiddelbærere gennem steder i kroppen, hvor stoffer typisk ikke kan passere, som blod-hjerne-barrieren, " sagde Lal. Dette ville tilbyde en ny måde at målrette og behandle hjernesygdomme som Alzheimers sygdom og glioblastom, den mest ondartede af hjernetumorer.

I en tidligere undersøgelse, Lal og hans team har vist, at de kan magnetisk guide nanopartikler sikkert gennem blod-hjerne-barrieren hos mus.

Nu, holdet har taget sin forskning et skridt videre ved at lave nanobowls, der kan bruges til at opbevare og bære stoffer, og potentielt bruges til at påvise syge celler og væv.

Nanobowls, som er på proof-of-concept-stadiet, er skålformede silica-nanopartikler – mindre end bredden af ​​et menneskehår – belagt med et lag guld, med magnetiske jernoxidnanopartikler klemt ind mellem silica- og guldlagene. I en nylig afhandling offentliggjort i tidsskriftet Nanoskala , forskere viste, at nanobowls kunne flyttes rundt med en lille magnet, er i stand til at gå ind i normale celler og kræftceller og kan bruges til at påvise tilstedeværelsen af ​​molekyler med lav overflod.

Lal påpegede, at tre store fordele ved dette system er:(1) transport til specifikke steder ved hjælp af et lille eksternt magnetfelt (lignende eksisterende systemer kræver et stort magnetfelt, som MR, til transport); (2) nyttelasten kan frigives efter behov ved hjælp af en magnet, varme eller lys; og (3) systemet kan holde nyttelasten på ét sted i lang tid (ved hjælp af et kontrolleret magnetfelt), hvilket vil øge den lokale koncentration af nyttelasten (lægemidler eller billeddannende molekyler), hvor det er mest nødvendigt - dette kan reducere lægemiddelbivirkninger på andre områder af kroppen.

Forskere skabte nanobowls i en flertrins syntese. De lavede først skabeloner af sfæriske silicananopartikler med delvist blotlagte polystyrenkerner. Silicaoverfladen blev funktionaliseret, derefter belagt med magnetiske jernoxidnanopartikler efterfulgt af et lag guld. Polystyrenkernerne forblev urørte og blev vasket væk med et organisk opløsningsmiddel, efterlader et hulrum for at skabe nanobowl.

Forskere viste, at de kunne bruge en lille magnet til at flytte nanobowls gennem en hydrogel. "Dette tyder på en potentiel brug af nanobowls til magnetisk styret levering gennem blødt væv, " rapporterede forskerne i Nanoskala papir.

På grund af deres guldbelægning, nanobowls kunne bruges til billeddannelse. I deres eksperimenter, forskere viste, at molekyler i ekstremt lave koncentrationer, som typisk er umulige at se spektroskopisk, blev let opdaget i nærværelse af nanobowls. Denne funktion har applikationer til at opdage sygdomsmarkører tidligt, sagde forskere.

Til sidst, nanobowls kunne optages af levende celler. Forskere inkuberede nanobowls med både normale og cancerøse prostatacellelinjer. Inden for to timer, nanobowls blev fundet inde i cellerne.

Som et næste skridt, Lal og hans team planlægger at lave kasketter til nanobowls, der kan udløses til at åbne efter behov for at frigive stoffer. "Dette ville gøre os i stand til at kontrollere frigivelsen af ​​lægemidler i vores system, " sagde Lal.