Hvordan sygdomme kan målrettes ved hjælp af nanoteknologi - og hvorfor det er svært

Forskere designer materialer, der er tusind gange mindre end et hårs bredde.

Kendt som nanomaterialer eller nanopartikler, nogle kan hjælpe med at behandle sygdomme.

Imidlertid, konstruktionen af ​​partikler til biomedicinske applikationer er stadig udfordrende, især ved flytning fra reagensglas til biologiske miljøer.

Dette er et spørgsmål, vi diskuterede i en nylig artikel. En nanopartikel i laboratoriet er en ting, men en nanopartikel, der interagerer med blod, celler og væv er en anden, og partiklers adfærd kan ændre sig betydeligt, når man bevæger sig fra et miljø til et andet.

"Bio-nano-interaktioner" er det, der styrer disse ændringer i adfærd, og dette er et forskningsområde med masser af vanskeligheder, men også betydelige belønninger.

Brug af nanopartikler til at målrette sygdomme

Nanopartikler kan hjælpe med at skabe mere effektive medicinske behandlinger. Målet er at forbedre områder lige fra levering af lægemidler til påvisning af sygdomme.

En af de potentielle fordele ved nanopartikler er muligheden for at udvikle målrettede terapier, så medicin går præcis der, hvor de er nødvendige i kroppen.

For eksempel, mange meget effektive kemoterapier findes i dag, men fordi de ikke kun interagerer med kræftceller, men også med raske, mange af dem har bivirkninger såsom hjerte- og knoglemarvsskader. Dette begrænser deres effektivitet og spiller en stor rolle i, hvorfor behandling af kræft kan være så vanskelig.

Hvorfor er målretning så hårdt?

Men målrettede lægemiddelterapier ved hjælp af nanopartikler er også fortsat begrænsede. Som på mange andre områder, hvad der fungerer i laboratoriet kan være svært at oversætte til klinikken.

Et eksempel er brugen af ​​nanopartikler som "bærere", der er fyldt med et lægemiddel og derefter akkumuleres ved målceller (se billedet nedenfor).

Disse typer nanopartikler kan fungere godt i laboratoriet, men når det bruges i mere komplekse biologiske miljøer (såsom i blod frem for i saltbufferopløsning) bliver tingene hurtigt mere komplicerede.

For eksempel, når nanopartikler injiceres i blodet, proteiner adsorberes på deres overflade, og dette kan fuldstændigt ændre deres adfærd. Dette skyldes, at denne biocoating ændrer partiklers vigtige egenskaber, inklusive afgift (positiv, neutral eller negativ) og størrelse.

Mulige løsninger

Nye metoder udvikles til at evaluere nanopartikler på bedre måder. Dette inkluderer undersøgelsesteknikker, der kan supplere celle- og dyreforsøg.

Et eksempel er mikrofluidiske kanaler, der kan efterligne blodkar og kan bruges til at studere nanomaterialeadfærd i blodkapillærer.

En anden mulighed bruger 3D-trykte væv og organer. I et nylig eksempel, hydrogeler fyldt med celler blev udskrevet på en overflade ved hjælp af en specialbygget 3D-printer.

Det centrale punkt er at have justerbar kompleksitet. Det er, at kunne justere disse metoder, så vi kan få relevant og værdifuld information ud af undersøgelserne. Men ikke så kompleks, at det bliver svært at forstå de involverede mekanismer.

Dette er vigtigt, fordi en nanopartikel administreret til et dyr oplever flere niveauer af biologisk kompleksitet på sin rejse fra blodbanen til målområdet (se billedet nedenfor). For fuldt ud at forstå, hvad der sker, vi er nødt til at studere dem alle.

Nanomedicines i morgen

Jo mere vi lærer om bio-nano-videnskab-eller hvordan materialer interagerer med biologi på nanoskalaen-jo lettere bliver det at designe nanopartikler, der opfører sig, som vi vil have dem til.

Efter mange års indsats, et mere klart billede af de mekanismer, der bestemmer, hvor godt en nanopartikel vil fungere, dukker op, og den fulde omfang af udfordringen, der står foran os, begynder at blive klar.

Det er usandsynligt, at der vil blive opdaget en enkelt "quick fix".

I stedet, forskning, der formår at kombinere ideer fra forskellige felter og forskere, vil sandsynligvis føre til udvikling af nye og forbedrede målrettede nanopartikler.

Målet er at tilbyde nye behandlinger for sygdomme, der er vanskelige - eller endda umulige - at behandle i dag.

Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort på The Conversation. Læs den originale artikel.