Forskere kvantificerer lægemiddellevering fra nanopartikler inde i en celle

For første gang, forskere fra University of Illinois i Urbana-Champaign har vist, at succesen med levering af lægemidler fra nanopartikler kan kvantificeres inde i en celle.

"Vi kan præcist fortælle, hvor meget lægemiddel der er blevet frigivet fra bæreren på et givet tidspunkt, " sagde Dipanjan Pan, assisterende professor i bioingeniør ved Illinois. "Så vidt vi ved, dette repræsenterer det første eksempel på et et-trins, let procedure til at syntetisere pro-drug-passiverede kulstofnanopartikler. Resultatet er betydeligt og kan i sidste ende hjælpe med at øge effektiviteten af ​​terapien og hjælpe os med bedre at forstå, hvad der driver den cellulære indtrængning af nanopartikler og frigivelse af lægemidler.

"Selvom nanoteknologi er et spirende felt, dets potentiale til at opdage og behandle menneskelig sygdom er fascinerende, " tilføjede Pan. "Men, for at disse spændende teknologier, der dækker små midler, kan udvikle sig mod menneskelig brug, vi skal fuldt ud forstå de mekanismer, der ligger til grund for deres intracellulære optagelse i vores komplekse biologiske netværk. Det er også af stor betydning at finde en robust måde at overvåge lægemiddelfrigivelsen for at måle processens succes."

Pan forklarede, at de nuværende lægemiddelleveringsplatforme lider under store byrder (f.eks. undgår immunsystemet for at nå målvævet). Da disse leveringskøretøjer støder på flere barrierer på vej til deres mål, for tidlig frigivelse af stofferne fra lasten fører ofte til mislykkede resultater.

"En grundlæggende forståelse af den grundlæggende videnskab om partikeltransport vil resultere i succes med evnen til at kontrollere og manipulere lægemiddellevering, " sagde Pan. "I dette arbejde, vi stiller kritiske spørgsmål som f. "Hvor meget stof frigives fra nanopartiklerne, når først partiklerne kommer ind i cellerne?" 'Er der en måde at spore fremskridt i denne leveringsproces?' "Hvordan kunne vi kvantificere mængden af ​​lægemidlet, der allerede er frigivet fra partiklen, og hvor meget er der stadig tilbage i?"

I fortiden, forskere har vist, at frigivelsen af ​​lægemiddel kan studeres i reagensglas; imidlertid, kvantificeringen er ikke triviel i nærværelse af en levende celle.

"Rumlig og spektral information om en nanobærer og dens nyttelast er afgørende for fremme af luminescensbaseret billeddannelse, sygdomsdetektion, og behandling i komplekse biologiske miljøer, " sagde Santosh Misra, en postdoc ved Illinois og førsteforfatter til det papir, der vises i Avancerede funktionelle materialer . "For første gang, vi viser, at ved at bruge en hyperspektral billedbehandlingsteknik, dette kan opnås. Vores resultater viste, at vi præcist kan kortlægge mængden af ​​lægemidlet, der er blevet frigivet fra partiklen på et givet tidspunkt. Vi kaster også lys ind i nanopartiklernes mekanistiske vej, hvorved det bliver internaliseret i en kræftcelle."

Pans forskergruppe designede tre systemer bestående af sfæriske, zwitterioniske (et neutralt molekyle med både positive og negative elektriske ladninger) og phospholipid-stabiliserede nanopartikler som et modelsystem til levering af fluorescerende og ikke-fluorescerende lægemidler - demonstrerer konceptet med et FDA-godkendt anticancerlægemiddel på brystkræftceller.

"Resultaterne viste, at nanopartikler og terapeutiske midler kan kortlægges og måles samtidigt, bortset fra kravet om farvestof, giver således nye veje til rumlig og tidsmæssig karakterisering og synkron detektion og kvantificering af nyttelast og bærer, " sagde Pan. "Jeg forventer, at vores resultater vil hjælpe det biomedicinske samfund til at genoverveje niveauet af kontrol, der er nødvendigt, når man arbejder med lægemiddelleveringsbærere, og i sidste ende vil et meget (mere) effektivt terapeutisk resultat blive forudset."