Ny metode til at levere terapeutiske lægemidler ved hjælp af aflange nanokrystaller

Monash University-forskere har brugt avancerede teknikker ved ANSTO til at undersøge produktionen af ​​nye, aflange polymer nanokapsler med en høj nyttelast af lægemiddel nanokrystaller for potentielt at øge lægemidlets målretning, og reducerer også dosishyppighed og bivirkninger.

Denne metode var ikke blevet undersøgt tidligere og repræsenterer en banebrydende undersøgelsesmetode inden for kolloide videnskabelige applikationer til lægemiddellevering.

Nanopartikler er blevet brugt til at øge leveringseffektiviteten af ​​kræftbehandling på grund af deres biokompatibilitet, alsidighed og nem funktionalisering.

Holdet konstruerede nye aflange polymer nanokapsler, som er i modsætning til de mere kendte sfæriske nanokapsler.

De aflange polymer nanokapsler blev fremstillet med aflange liposomer eller overfladeaktive vesikler og brugte lægemiddel nanokrystaller som skabelon.

Resultaterne gav stærke beviser for, at den aflange struktur kunne bibeholdes, og bekræftede også, at ladningsmetoden til at danne stavlignende lægemiddel-nanokrystaller inde i liposomer var en praktisk løsning.

Kombinationen af ​​den høje lægemiddellast, i form af indkapslede nanokrystaller, og det ikke-sfæriske træk ved liposomer repræsenterede et mere effektivt leveringssystem.

Sfæriske hule nanokapsler er blevet undersøgt grundigt, men dannelsen af ​​aflange nanokapsler indeholdende aktive lægemidler som terapeutiske midler har tidligere stort set været mislykket.

"Der er vanskeligheder med at bevare den aflange form, og deres indkapslingseffektivitet er lav, " forklarede forsker Yunxin (Cindy) Xiao, en ph.d. kandidat, der arbejder i Nonlaminar-gruppen med Prof Ben Boyd ved Monash Biomedicine Discovery Institute. og modtageren af ​​Australian Institute of Nuclear Science and Engineering Post Graduate Research Award.

"Den aflange form er bedre, fordi det er sværere for immunceller at internalisere dem, og fordi deres terapeutiske effektivitet på målstedet kan maksimeres."

Efter at have opnået lovende strukturelle resultater ved hjælp af en liposomal skabelon undersøgt ved hjælp af den lille vinkel røntgenstrålespredningsstrålelinje ved ANSTOs australske synkrotron og de små og ultrasmå småvinklede neutronspredningsinstrumenter Bilby og Kookaburra i tidligere forskning, skabelonen blev brugt til at danne aflange polymer nanokapsler.

Forskerne brugte vesikler lavet af overfladeaktive stoffer som skabeloner, hvilket gjorde det muligt at polymerisere en mindre permeabel skal inde i disse.

I deres eksperiment, nanokrystaller af det antibiotiske lægemiddel ciprofloxacin blev derefter indkapslet i de aflange nanokapsler (ca. 200 nm gange 30-50 nm). Vigtigt, når testlægemidlets nanokrystaller blev ekstraheret fra de aflange nanokrystaller i en opløsningsproces, nanokrystalkapslerne beholdt deres form.

Dette åbner mulighed for deres anvendelse til levering af en række aktive lægemidler, såsom lægemidler mod kræft.

Forskerne ønskede at studere, hvordan systemet fungerede i detaljer og havde brug for at se forskellene mellem de tre lag af det aflange system - lægemiddelnanokrystaller, den aflange liposomale skabelon, og den tværbundne polymer.

Imidlertid, fordi den liposomale skabelon og nanokapslerne er fastgjort, det er meget udfordrende at skelne mellem disse lag. Her kan deuteration og neutronspredning tilbyde en god løsning.

I eksperimenter ved det australske center for neutronspredning, en type deutereret fosfolipid, leveret af National Deuteration Facility, blev brugt i dannelsen af ​​nanokrystallerne - hvilket betyder, at det lillevinklede neutronspredningsinstrument Bilby kunne undersøge de to forskellige dele af systemet.

Forskellen i neutronspredning fra brint- og deuteriumatomer kan bruges i kontrastvariationseksperimenter, som tillader forskellige dele af et komplekst system, som de aflange nanokapsler. skal studeres.

Kontrast i småvinklet neutronspredning kan maskere eller fremhæve de forskellige komponenter, hvis de er deutererede.

Brugen af ​​forskellige instrumenter åbner op for forskellige længdeskalaer til undersøgelse - fra mikrometer til nanometer.

Forskerne brugte Bilby-instrumentet til at analysere dannelsen af ​​polymererne på overfladen af ​​den aflange liposomale skabelon. De bestemte også tykkelsen af ​​det aflange polymerlag og fandt, hvilke dele af systemet, der blev strakt.

"Tilgangen gør det muligt at visualisere forskellige dele af prøverne uafhængigt, " sagde Xiao.

Fordi den stive polymerskal er i stand til at tilpasse skabelonens form, dens funktioner kan bevares.

Fordelen ved at syntetisere et lag polymer på overfladen af ​​nanokapslerne i stedet for blot at levere liposomerne direkte giver den tværbundne polymer evnen til at frigive et lægemiddel langsomt og sikkert.

Polymerskallen bremser yderligere diffusionen af ​​lægemidler fra nanobærerne, mindske bivirkninger og reducere dosishyppighed.

Brugen af ​​forskellige instrumenter giver forskere mulighed for at undersøge i forskellige længdeskalaer.

Denne gruppes arbejde er tidligere blevet publiceret i tidsskriftet Kolloider og overflader B:Biogrænseflader .

Denne forskning var en finalist i ANSTO's Neutron and Deuteration Impact Awards. Den er sendt til offentliggørelse.