Nanoskala glasflasker kunne muliggøre målrettet medicinlevering

Små silica-flasker fyldt med medicin og et specielt temperaturfølsomt materiale kunne kun bruges til levering af lægemidler til at dræbe maligne celler i visse dele af kroppen, ifølge en undersøgelse offentliggjort for nylig af forskere ved Georgia Institute of Technology.

Forskerholdet udtænkte en måde at skabe silica-baserede hule kugler omkring 200 nanometer i størrelse, hver med et lille hul i overfladen, der kunne gøre det muligt for kuglerne at indkapsle en lang række nyttelaster, der senere kun frigives ved bestemte temperaturer.

I undersøgelsen, som blev offentliggjort den 4. juni i tidsskriftet Angewandte Chemie International Edition , forskerne beskriver pakning af kuglerne med en blanding af fedtsyrer, et nær-infrarødt farvestof, og et lægemiddel mod kræft. Fedtsyrerne forbliver faste ved menneskelig kropstemperatur, men smelter et par grader over. Når en infrarød laser absorberes af farvestoffet, fedtsyrerne vil hurtigt blive smeltet for at frigive det terapeutiske lægemiddel.

"Denne nye metode kan gøre det muligt for infusionsterapier at målrette mod bestemte dele af kroppen og potentielt negere visse bivirkninger, fordi medicinen kun frigives, når der er en forhøjet temperatur, " sagde Younan Xia, professor og Brock Family Chair i Wallace H. Coulter Department of Biomedical Engineering ved Georgia Tech og Emory University. "Resten af ​​lægemidlet forbliver indkapslet af de faste fedtsyrer inde i flaskerne, som er biokompatible og bionedbrydelige."

Forskerne viste også, at størrelsen af ​​hullet kunne ændres, muliggør nanokapsler, der frigiver deres nyttelast med forskellige hastigheder.

"Denne tilgang lover meget for medicinske anvendelser, der kræver, at lægemidler frigives på en kontrolleret måde og har fordele i forhold til andre metoder til kontrolleret lægemiddelfrigivelse, " sagde Xia.

En tidligere metode til opnåelse af kontrolleret lægemiddelfrigivelse indebærer at indlæse det temperaturfølsomme materiale i lavdensitetslipoproteiner, som ofte omtales som "dårligt kolesterol". En anden metode involverer at lægge blandingen i guld nanocages. Begge har ulemper ved, hvordan materialet, der bruges til at indkapsle stofferne, interagerer med kroppen, ifølge undersøgelsen.

For at fremstille de silica-baserede flasker, forskerholdet startede med at fremstille kugler af polystyren med en lille guld-nanopartikel indlejret i overfladen. Kuglerne er derefter belagt med et silica-baseret materiale overalt undtagen hvor guldnanopartiklen er indlejret. Når guldet og polystyren er fjernet, kun en hul silicakugle med en lille åbning er tilbage. For at justere størrelsen af ​​åbningen, forskerne ændrede simpelthen størrelsen på guldnanopartiklen.

Processen til at fylde flaskerne med deres nyttelast involverer at lægge kuglerne i blød i en opløsning, der indeholder blandingen, fjerne den indespærrede luft, derefter vaske det overskydende materiale og nyttelast væk med vand. De resulterende nanokapsler indeholder en jævn blanding af det temperaturfølsomme materiale, det terapeutiske lægemiddel, og farvestoffet.

For at teste udløsningsmekanismen, forskerne puttede derefter nanokapslerne i vand og brugte en nær-infrarød laser til at opvarme farvestoffet, mens de sporede koncentrationen af ​​det frigivne terapeutiske middel. Testen bekræftede, at uden brug af laser, medicinen forbliver indkapslet. Efter flere minutters opvarmning, koncentrationer af den terapeutiske rose i vandet.

"Dette system med kontrolleret frigivelse gør os i stand til at håndtere de negative virkninger forbundet med de fleste kemoterapeutika ved kun at frigive lægemidlet i en dosis over det toksiske niveau inden for det syge sted, "sagde Jichuan Qiu, en postdoktor i Xia -gruppen.