Tests viser, at krystalsom nanopartikel holder længere i blodbanen

At vælge den rigtige emballage til at få dyrebar last fra punkt A til punkt B kan være en skræmmende opgave på postkontoret. I nogen tid, forskere har kæmpet med et lignende sæt spørgsmål, når de pakker medicin til levering i blodbanen:Hvor meget pakning vil holde det sikkert? Er det det rigtige emballagemateriale? Er den for stor? Er den for tung? Forskere fra Drexel University har udviklet en ny type beholder, der ser ud til at passe perfekt til leveringen.

Intravenøs medicin har taget vigtige spring i de senere år som en måde at målrette direkte mod lidelser, hvor de opstår inde i kroppen. Men at få medicinen gennem blodbanen til det rigtige sted og frigive den på det rigtige tidspunkt er ingen nem opgave. Kroppen er designet til at opdage og fjerne fremmedlegemer, Så succesfuldt at designe et kar til målrettet medicinafgivelse kræver lige dele ingeniørkunst og list.

"Fordelingskar er traditionelt designet til at undgå genkendelse af immunsystemet ved at efterligne naturligt forekommende materialer i kroppen, såsom celler eller liposomer, " sagde Christopher Li, Ph.D., en materialevidenskabsprofessor ved Drexel's College of Engineering. "Men problemet med de tidligere rapporterede kunstige bærere er, at de ikke altid er holdbare nok til at nå langt ud til kroppen."

Li og Hao Cheng, Ph.D., en assisterende professor ved College of Engineering ledede en gruppe forskere, der har udviklet et polymerkrystalhus til intravenøs medicinafgivelse. Deres arbejde, som for nylig blev offentliggjort i tidsskriftet Naturkommunikation viser, hvordan disse "krystallsomer, "designet til at være holdbart nok i lang tid, intravenøse rejser, kan overleve nuværende kunstige nanopartikelemballage - hvilket betyder, at læger kan bruge det til direkte at behandle sygdomme i kroppen, med præcis den rigtige mængde medicin.

"Krystalsomer efterligner strukturelt det klassiske liposom og polymersomer, der bruges til lægemiddellevering, men mekanisk er de mere robuste takket være deres enkeltkrystallignende skal, " sagde Li.

I blodcirkulations- og biodistributionseksperimenter, Li's polymerkrystallsomer har en halveringstid på 24 timer og kan vare i blodbanen i mere end 96 timer - tal, der langt overstiger den nuværende injicerbare medicin.

"Krystalsomer er tæt forseglet, så medicin ikke vil blive frigivet, før det når målstedet. Således kan medicin leveres i højere doser, som ønsket, til lidelser i kroppen, uden at forårsage alvorlige bivirkninger forbundet med den tidlige frigivelse af medicinen, " sagde Li. "Og en mere direkte intravenøs levering betyder, at behandlinger sandsynligvis vil være mere effektive."

Li's gruppe kombinerede sit unikke arbejde med at dyrke krystalkugler og selvsamlede nanobørster for at producere denne specielle kapsel, der er lige tyk nok til sikkert at omslutte medicinen, og har også en række polymerstrenge, der kan afværge de proteiner, der markerer fremmedlegemer til fjernelse.

Metoden til at skabe krystalsomerne, som Li's Soft Materials Lab oprindeligt udviklede i 2016, ligner noget som at kombinere olie og vand for at skabe suspenderede flydende perler. I denne ansøgning, perlerne indkapsler to typer polymertråde, der, når den er afkølet, kondensere til det faste stof, æggeskallelignende sfærisk krystalsom, beskytter den æggeblomme-lignende last indeni.

Mens et sæt polymerer, kaldet poly L-lactidsyre eller PLLA, trækkes sammen for at danne kuglens korrugerede kappe, den anden sort, polyethylenglycol eller PEG, kommer til opmærksomhed som knurhår på overfladen. PEG-polymerer er kendt for at forhindre proteiner i at binde sig til faste overflader, så den ensartede fordeling af disse polymerer på ydersiden af ​​krystalsomet forhindrer det i at blive markeret af immunsystemets proteiner som en kropslig angriber.

"Taget sammen, disse egenskaber giver krystallomet dets overlegne udholdenhed i blodbanen, " sagde Cheng, hvis forskergruppe er specialiseret i konstruktion af molekyler til intravenøs medicinafgivelse.

Opdagelsen giver en strategi til fremstilling af langcirkulerende nanomaterialer, som kan føre til en ny klasse af polymer nanopartikelbærere til lægemiddellevering og genterapi, ifølge forskerne.

"De geniale, buet, polymer krystal nanokapsler rapporteret her forbliver robuste, mens de cirkulerer i blodet, en potentielt vigtig egenskab til levering af medicin og genterapier, " sagde Andrew Lovinger, den materialeforskningsprogramansvarlige, der overvågede National Science Foundations finansiering af arbejdet. "NSF er stolt over at have støttet denne vigtige forskning, som integrerer agenturets missioner for at fremme videnskabens fremskridt samt bidrage til at fremme nationens sundhed."