Holografisk mikroskop giver et nyt værktøj til nanomedicin til hurtigt at måle nedbrydning af lægemiddelfyldte nanopartikler

UCLA-forskere har udviklet en omkostningseffektiv metode til hurtigt at overvåge nedbrydningen af ​​lægemiddelbærende nanopartikler ved hjælp af et mikroskop i chipskala. Denne nanopartikelkarakteriseringsplatform er baseret på holografi og kan nøjagtigt overvåge størrelsesændringerne af nanokapsler, der gennemgår nedbrydning, mens de frigiver indholdet af deres narkotikalast. Denne forskning giver forskere et kraftfuldt måleværktøj, der kan bruges til at designe bedre nanokapsler til lægemiddellevering og andre nanomedicin-relaterede applikationer.

Nanoteknologi har fået praktisk betydning, herunder i medicinafgivelse. Det globale marked for nanomedicin anslås at nå op på 350 milliarder USD i 2025. Design og syntese af nedbrydelige nanopartikler er meget vigtige inden for lægemiddellevering og nanomedicin. Selvom nøjagtig vurdering af nanopartikelnedbrydningshastigheder ville forbedre karakteriseringen og optimeringen af ​​lægemiddelleveringsmedier, traditionelle tilgange, der bruges til at overvåge lægemiddelfrigivelse fra nanopartikler og nanokapsler, er afhængige af brug af avanceret teknologi såsom elektronmikroskopi, dynamisk lysspredning, eller andre biokemiske metoder, som alle har ulemper og praktiske begrænsninger. De fleste af disse instrumenter er dyre, og har ikke mulighed for at overvåge nanopartikelnedbrydning i realtid.

UCLA's holografiske billedbehandlingsmetode, på den anden side, har en nøjagtighed tæt på de avancerede måleenheder, men til en brøkdel af deres omkostninger og kompleksitet. Det blev bygget ved hjælp af 3-D-printede dele og består af billige optiske elementer, danner et chip-skala optisk mikroskop, der vejer omkring et pund og kan betjenes ved hjælp af enhver stationær eller bærbar computer. Dette holografiske nanopartikelkarakteriseringsværktøj kan bruges til at måle størrelsen af ​​individuelle nanopartikler over en bred vifte af partikeltætheder, fra nogle få titusinder til titusindvis af nanopartikler pr. mikroliter, og kan detektere nanopartikler så små som ~40 nm.

"Gennem dette samarbejde mellem mit laboratorium og professor Tatiana Seguras laboratorium ved UCLA, vi har skabt en kraftfuld og omkostningseffektiv beregningsmetode, der muliggør high-throughput overvågning af nedbrydningen af ​​enhver type nanopartikel ved hjælp af et ekstremt lille prøvevolumen, der er mindst 1000 gange mindre end hvad der kræves af andre optiske teknikker, giver yderligere omkostningsbesparelser pr. måling, " sagde Aydogan Ozcan, som ledede forskerholdet og er UCLA's kanslers professor i elektroteknik og bioteknik og associeret direktør for California NanoSystems Institute (CNSI).

Dr. Ozcan og hans samarbejdspartner, Dr. Segura fra Department of Chemical and Biomolecular Engineering ved UCLA, sammen med postdoc-forskere, Drs. Aniruddha Ray og Shuoran Li, brugte denne holografiske billeddannelsesmetode til at karakterisere et polymerbaseret nanokapselsystem, der bruges til at levere vaskulær endotelvækstfaktor, et protein, der kan hjælpe med genopretning af slagtilfælde og sårheling. Vækstfaktorer er især kritiske for regelmæssig cellefunktion, og deres inkorporering i terapeutiske nanomaterialer har været et stort fokus i nyere forskning, gør dette nye holografiske nanopartikelkarakteriseringsværktøj meget tidssvarende.