Rejse til midten af ​​cellen:Nano-stænger og orme vrider sig bedst

Når det kommer til at levere medicin, nanopartikler formet som stænger og orme er det bedste bud på den skræmmende rejse til midten af ​​en celle, ny australsk forskning tyder på.

En ny undersøgelse offentliggjort i Natur nanoteknologi har besvaret et mangeårigt spørgsmål, der kunne føre til design af bedre lægemiddelleveringsmidler:hvordan nanopartikelformen påvirker rejsen gennem cellen.

"Vi var i stand til at vise for første gang, at nanopartikler formet som stænger og orme var mere effektive end sfæriske nanopartikler til at krydse intracellulære barrierer, og dette gjorde det muligt for dem at komme helt ind i cellens kerne, " siger hovedforfatter UNSW's Dr Elizabeth Hinde.

Undersøgelsen blev ledet af kemikere, ingeniører, og medicinske forskere fra UNSW i et samarbejde mellem Australian Research Council Center of Excellence in Advanced Molecular Imaging og Australian Research Council Center of Excellence in Bio-Nano Science. Centrene har begge hovedkvarter på Monash University, med forskningsnoder på UNSW i Sydney.

Holdet anvendte en ny mikroskopimetode til lægemiddellevering for første gang, som gjorde det muligt for dem at spore bevægelsen af ​​forskelligt formede nanopartikler gennem en enkelt dyrket kræftcelle, med meget høj tidsmæssig og rumlig opløsning. Ved at bruge denne metode, forskerne var i stand til at finde ud af, hvor stoffer blev frigivet, og hvordan de spredes i hele cellen.

De fandt ud af, at kræftlægemidlet, doxorubicin, var mest effektiv, når den kunne bryde den stærke, men porøse cellebarriere, der beskyttede kernen - cellens kontrolcenter. Vigtigt, de opdagede, at en nanopartikelform påvirkede, hvor godt stoffet overtrådte barrieren.

Dr Hinde, en Associate Investigator på Imaging CoE, siger, at forskere tidligere kunne se den overordnede fordeling af deres nanopartikler gennem en celle, men havde ikke mikroskopiværktøjerne til at forstå, hvordan denne lokalisering blev sat op - en vigtig begrænsning i lægemiddelleveringsforskning.

"Du skal vide, hvordan tingene ankommer til deres endelige destination for at målrette dem der. Nu har vi et værktøj til at spore denne utrolige rejse til midten af ​​cellen. Det betyder, at andre forskergrupper kan bruge dette til at vurdere deres nanopartikler og lægemiddel. leveringssystemer.

"De vil være i stand til at finde ud af, hvordan de kan skræddersy deres partikler til at nå kernen eller andre strukturer i cellen, og måler, hvor lasten afleveres. Det var ikke muligt før."

Formen på de kommende ting:stang, orm eller kugle?

Polymere nanopartikler vil spille en afgørende rolle i fremtidens medicin:disse ultrasmå partikler kan bære lægemidler til at hjælpe med at angribe og dræbe kræftceller, selektivt levere lægemidler lige der, hvor de er nødvendige, og give gennembrud inden for sygdomsdiagnostik og billeddannelse.

UNSW-ingeniører fremstillede fire typer nanopartikler:en formet som en stang, en som en orm, og to, der var kugleformede. Disse var mærket med fluorescerende tags, og inkuberes i kræftceller. Ved at kombinere en ny fluorescensmikroskopi-tilgang med nogle statistiske analyser, holdet var i stand til at skabe et klart billede af, hvordan hver partikel passerede gennem cellen.

Mens de sfæriske partikler blev blokeret af atomhylsteret, stangen og de ormeformede partikler var i stand til at passere igennem. Dette giver en vej til udvikling af partikler, der selektivt kan målrette og dræbe kræftceller, uden at skade de raske.

Dr. Hinde forklarer:"Kræftceller har en anden indre arkitektur end raske celler. Hvis vi kan finjustere dimensionerne af disse stavformede nanopartikler, så de passerer kun gennem cellebarriererne i kræftceller og ikke raske, vi kan reducere nogle af bivirkningerne ved kemoterapi."

Muligheder for andre forskergrupper

"Påvirkningen for feltet er enorm, " siger Scientia-professor Justin Gooding fra UNSW og ARC Center of Excellence in Bio-Nano Science. "Det giver os muligheden for at se ind i cellen, se hvad partiklerne laver, og designe dem til at gøre præcis, hvad vi vil have dem til at gøre."

"Og dette er ikke kun takket være mikroskopet, men de oplysninger og data kan vi udtrække fra de nye analyseprocedurer, vi har udviklet. Hvis andre forskergrupper kan lære at lave denne analyse, de kan bruge udstyret allerede i deres laboratorier og komme i gang i morgen, " siger professor Gooding. "Folk kommer til at se, pludselig, at de kan få alle mulige nye oplysninger om deres partikler."

Forskerne vil snart samarbejde med Dr. John McGhee fra UNSW Art &Design, der kombinerer videnskabelige data, mikroskopiske billeder, og computergenereret animation til at skabe virtual reality-gengivelser af indersiden af ​​menneskelige celler og blodkar.

Kunstværkerne giver forskere mulighed for at visualisere og tage på VR-vandreture gennem kroppen, og kunne hjælpe med at fremskynde lægemiddeludviklingsprocessen.