Nanopartikelmedicin kan gøre det nemmere for medicin at nå deres mål

De enorme doser af lægemidler, der kræves for at bekæmpe kræft, kunne reduceres takket være arbejdet fra A*STAR-forskere, og selve stofferne kan blive mere effektive. Forskerne har udviklet et polymert 'stillads', der hjælper lægemidler, der ofte har problemer med at komme ind i blodbanen, såsom midler mod kræft, danner meget stabile nanopartikler med forbedret biotilgængelighed.

Mange lægemidler, der retter sig mod tumorceller, er lavet af vandafvisende kulbrintemolekyler, som kræver ekstra behandling eller høje doser for at komme ind i vandige biologiske miljøer. Et mere sikkert alternativ er at "nanosize" lægemidler til 10 til 1, 000 nanometer partikler ved hjælp af enten mekanisk formaling eller specielle krystallisationsteknikker. Disse ekstra små medicin glider let ud i vandet og er effektive mod tumorer, men det er svært at forhindre dem i at agglomerere til større bundfald med mindre styrke.

Ulrike Wais og Alexander Jackson fra A*STAR Institute of Chemical and Engineering Sciences og Haifei Zhang ved University of Liverpool har udviklet en måde at mindske agglomerationsproblemer ved at bruge poly(ethylenglycol) og akrylamid (PEG-PNIPAM) – biokompatible polymerer, der er meget vandopløselige og kan stabilisere vandafvisende molekyler, fordi de har lignende overfladeaktivt stoflignende kulbrintekæder.

Holdet syntetiserede PEG-PNIPAM til 'hyperforgrenede' kugler, der er forstærket med korte carbon-tværbindende molekyler. De blandede derefter kuglerne med testlægemiddelforbindelser såsom ibuprofen og blandede dem sammen for at skabe en emulsion mellem de vandafvisende og vandtiltrækkende komponenter.

Det næste trin krævede en måde at frysetørre emulsionen på, så den kunne pulveriseres til nanopartikler, men dette indebar at løse et vanskeligt behandlingsproblem. "Hvis faseadskillelse sker før prøven er fuldstændig frosset, Der dannes lægemiddelkrystaller, som hverken er nanostørrelser eller stabiliserede mod agglomeration af stilladset, " forklarer Wais.

Forskerne forhindrede faseadskillelse under frysetørring ved at sikre, at emulgeringen var ekstremt ensartet, før de sprøjtede den som små dråber i en pulje af flydende nitrogen. Dynamisk lysspredning og scanningselektronmikroskopianalyse af den størknede emulsion afslørede, at lægemidlerne og polymerkuglerne var integreret i en porøs, stilladslignende struktur.

Efter mekanisk formaling af den frysetørrede emulsion til lægemiddelnanostrukturer, forskerne fandt ud af, at deres åbne rammer gjorde det nemt at opløse dem i vand. Desuden, stofferne kunne omdannes til nanopartikler med et udbytte på 100 procent ved at bruge overraskende lave niveauer af PEG-PNIPAM-kugler.

"Polymerstrukturen og niveauet af forgrening påvirker direkte lægemiddel-nanopartikelstabilisering. Denne metode giver os en måde at undersøge det systematisk på, " siger Jackson. Han bemærker, at denne metode er syntetisk ligetil og kan anvendes på en bred vifte af lægemidler.