Stjerneformede nanopartikler, der først frigiver deres lægemiddellast efter indtrængen i celler

A*STAR-forskere har udviklet lægemiddelleveringspartikler i nanoskala, der kan mærke deres omgivelser, og frigive deres nyttelast først efter indtastning af en celle, en opdagelse, der kunne gøre mange eksisterende lægemidler mere effektive.

De nye nanopartikler, udviklet af Zibiao Li fra A*STAR Institute of Materials Research and Engineering og hans samarbejdspartnere, er en betydelig opgradering fra tidligere generationer af polymerbaserede nanopartikler til levering af lægemidler. Tidlige eksempler bestod typisk af simple polymerkæder med en polær, hydrofilt hoved og et upolært, hydrofob hale. I vand, disse kæder samles naturligt i kugler, med deres hydrofobe haler, der alle peger indad for at danne en ikke-polær kerne. Kernen dannede et godt sted for lægemiddelmolekyler at putte sig. I blodbanen, imidlertid, disse tilslag har tendens til at blive revet fra hinanden.

Li og hans kolleger brugte de nyeste polymersynteseteknikker til at skabe enkeltmolekyle nanopartikler. Frem for et selvsamlet aggregat af separate polymerer, teamet syntetiserede en mere robust struktur, hvor polymerkæderne var stærkt kovalent bundet til en central kerne. Syntesen begyndte med beta-cyclodextrin, et cirkulært sukkermolekyle med 21 hydroxylgrupper på overfladen. Hydroxylgrupperne dannede de kemiske ankre, hvorfra holdet konstruerede nanopartiklernes mange lange, Y-formet, multifunktionelle polymerarme.

"Den største udfordring ved at lave [nanopartikler] var at integrere forskellige syntetiske metoder i et makromolekylært design, " siger Li. Ved en af ​​enderne af hver Y-formet gren, holdet vedhæftede en temperaturfølsom polymer kaldet PNIPAM. Ved stuetemperatur strækker PNIPAM-polymeren sig udad, men kollapser når kropstemperaturen 37 grader celsius, er nået, lader nanopartiklens lægemiddelmolekylfragt slippe ud.

Midtvejs langs hver polymerarm, holdet installerede en svovl-svovlbinding. Når partiklerne kommer ind i en celle, de møder høje niveauer af glutathion, et molekyle, der spalter svovl-svovlbindinger. Således er nanopartiklernes ydre polymerbelægning klippet af, og stoffet frigives endnu hurtigere.

Da holdet testede denne effekt med et lægemiddel mod kræft kaldet doxorubicin, dobbeltvirkningseffekten var tydelig. "Ændringen fra stuetemperatur til kropstemperatur, og virkningen af ​​glutathion, viste synergistisk og hurtig frigivelse af lægemidlet, " siger Li. Ved lavere temperaturer, eller i fravær af glutathion, frigivelsen af ​​lægemidler var betydeligt langsommere, han siger.

"Den næste plan er at integrere ny funktionalitet, til præcis frigivelse af lægemidlet til målrettet kræftbehandling, " siger Li. Den ene ende af hver Y-formet gren kunne funktionaliseres med et molekyle, der klæber selektivt til kræftceller, at levere lægemidlet præcis, hvor det er nødvendigt.