Afstembar belægning gør det muligt for hitch-hiking nanopartikler at glide forbi immunsystemet til deres mål

Nanopartikler er lovende lægemiddelleveringsværktøjer, tilbyder muligheden for at administrere lægemidler direkte til en bestemt del af kroppen og undgå de forfærdelige bivirkninger, der så ofte ses med kemoterapeutika.

Men der er et problem. Nanopartikler kæmper for at komme forbi immunsystemets første forsvarslinje:proteiner i blodserumet, der mærker potentielle angribere. På grund af dette, kun omkring 1 procent af nanopartiklerne når deres tilsigtede mål.

"Ingen undslipper serumproteinernes vrede, " sagde Eden Tanner, en tidligere postdoc-stipendiat i bioingeniør ved Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS).

Nu, Tanner og et team af forskere ledet af Samir Mitragotri, Hiller Professor of Bioengineering og Hansjorg Wyss Professor of Biologically Inspired Engineering ved SEAS, har udviklet et ionisk kraftfelt, der forhindrer proteiner i at binde sig til og mærke nanopartikler.

I museksperimenter, nanopartikler coatet med den ioniske væske overlevede betydeligt længere i kroppen end ikke-coatede partikler og, overraskende, 50 procent af nanopartiklerne nåede til lungerne. Det er første gang, at ioniske væsker er blevet brugt til at beskytte nanopartikler i blodbanen.

"Den kendsgerning, at denne belægning tillader nanopartiklerne at glide forbi serumproteiner og tage en tur på røde blodlegemer, er virkelig ret fantastisk, for når først du er i stand til at bekæmpe immunsystemet effektivt, mange muligheder åbner sig, " sagde Mitragotri, som også er et kernefakultetsmedlem af Harvard's Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering

Forskningen er publiceret i Videnskabens fremskridt .

Ioniske væsker, i det væsentlige flydende salte, er meget justerbare materialer, der kan holde en ladning.

"Vi vidste, at serumproteiner renser nanopartikler i blodbanen ved at binde sig til overfladen af ​​partiklen, og vi vidste, at visse ioniske væsker enten kan stabilisere eller destabilisere proteiner, sagde Tanner, som nu er assisterende professor i kemi og biokemi ved University of Mississippi. "Spørgsmålet var, kunne vi udnytte egenskaberne af ioniske væsker til at tillade nanopartikler at glide forbi proteiner uset."

"Det fantastiske ved ioniske væsker er, at hver lille ændring, du foretager i deres kemi, resulterer i en stor ændring i deres egenskaber, " sagde Christine Hamadani, en tidligere kandidatstuderende ved SEAS og førsteforfatter til papiret. "Ved at ændre en kulstofbinding, du kan ændre, om det tiltrækker eller frastøder proteiner."

Hamadani er i øjeblikket kandidatstuderende ved Tanners laboratorium ved University of Mississippi.

Forskerne coated deres nanopartikler med det ioniske flydende cholinhexenoat, som har en aversion mod serumproteiner. En gang i kroppen, disse ionisk-væske-coatede nanopartikler så ud til at hæfte sig spontant til overfladen af ​​røde blodlegemer og cirkulere, indtil de nåede det tætte kapillærsystem i lungerne, hvor partiklerne skæres af i lungevævet.

"Dette blaffefænomen var en virkelig uventet opdagelse, " sagde Mitragotri. "Tidligere blaffemetoder krævede særlig behandling for at nanopartiklerne kunne fæstne sig til røde blodlegemer og selv da, de opholdt sig kun på et målsted i omkring seks timer. Her, vi viste, at 50 procent af den injicerede dosis stadig var i lungerne efter 24 timer."

Forskerholdet mangler stadig at forstå den nøjagtige mekanisme, der forklarer, hvorfor disse partikler rejser så godt til lungevæv, men forskningen viser, hvor præcist systemet kan være.

"Dette er sådan en modulær teknologi, sagde Tanner, som planlægger at fortsætte forskningen i sit laboratorium ved University of Mississippi. "Enhver nanopartikel med en overfladeændring kan belægges med ioniske væsker, og der er millioner af ioniske væsker, der kan indstilles til at have forskellige egenskaber. Du kan tune nanopartiklerne og væsken til at målrette bestemte steder i kroppen."

"Vi som felt har brug for så mange værktøjer, som vi kan, for at bekæmpe immunsystemet og få medicin, hvor de skal hen, " sagde Mitragotri. "Ioniske væsker er det seneste værktøj på den front."