Fluorescerende priksyntese får en miljøvenlig glød

Fluorescerende "prikker" - det vil sige bittesmå partikler, der kan udsende lys - har et væld af lovende biomedicinske anvendelser, fra at hjælpe klinikere med bedre at identificere tumormargener til at levere et lægemiddel dybt i kroppen. Men at lave sådanne prikker er normalt en lang og kedelig proces, der bruger skrappe kemikalier. Nu er NIBIB-finansierede forskere ved at udvikle en fluorescerende prik, der ikke kun er nemmere at lave, men bruger miljøvenlige materialer.

"Denne proof-of-principle undersøgelse skitserer en ny, 'grøn' tilgang til fremstilling af fluorescerende nanomaterialer, som er up-and-coming molekyler inden for det biomedicinske område," sagde Tatjana Atanasijevic, Ph.D., direktør for NIBIB-programmet i Molekylære prober og billeddannende midler. "Den forskning, der er skitseret her, giver grundlæggende indsigt, der kan føre til en billigere og sikrere måde at syntetisere denne vigtige type nanopartikel på."

Traditionelle syntesemetoder for fluorescerende prikker kræver typisk brug af organiske opløsningsmidler, som er effektive til at hjælpe med at nedbryde stoffer og lette kemiske reaktioner. Organiske opløsningsmidler kan dog være brandfarlige, flygtige og kræftfremkaldende og er potentielt farlige, hvis de håndteres forkert. Desuden er syntesen af ​​fluorescerende prikker typisk tidskrævende og kompleks, hvilket repræsenterer en række udfordringer for storskalaproduktion.

Men forskere fra University of Nebraska Medical Center (UNMC) arbejder på en alternativ strategi. De kombinerer hyaluronsyre, et almindeligt kulhydrat, sammen med specifikke aminosyrer (de molekyler, der udgør proteiner). Begge disse komponenter er rigelige i vores kroppe, og vigtigst af alt kan de begge opløses i vand. Sidstnævnte egenskab negerer behovet for giftige organiske opløsningsmidler.

"I modsætning til traditionelle fluorescerende prikker, kombinerer vores prikker to naturligt forekommende materialer," forklarede seniorstudieforfatter Aaron Mohs, Ph.D., en lektor i afdelingen for farmaceutiske videnskaber ved UNMC. "Dette letter ikke kun syntesen af ​​vores nanomateriale - da vi kan rense prikkerne ved kun at bruge vand - men det udnytter også biokompatibiliteten af ​​disse molekyler, hvilket potentielt gør dem til en ideel nanopartikel til en række forskellige indstillinger." Mohs' forskning i disse fluorescerende prikker blev for nylig rapporteret i tidsskriftet ACS Omega .

Typisk, når forskere laver fluorescerende partikler, bruger de et udgangsmateriale, der har fluorescerende egenskaber. Imidlertid er hverken hyaluronsyre eller aminosyrer specielt fluorescerende alene. For at få deres prikker til at lyse, udnytter Mohs og kolleger den unikke kemi, der opstår, når disse materialer kombineres. Da hyaluronsyre interagerer med visse aminosyrer, kan elektronerne, som disse molekyler deler, blive begrænset, hvilket påvirker, hvordan elektronerne reagerer, når de udsættes for bestemte bølgelængder af lys. Dette fænomen er kendt som cross-linked-enhanced emission. Resultatet? Prikkerne lyser blåt under specifikke forhold, så nanopartiklerne kan visualiseres i celler.

Ud over biomedicinske billeddannelsesapplikationer ønskede forskerne at undersøge, om disse fluorescerende nanopartikler kunne bruges til lægemiddellevering. De fyldte deres prikker med doxorubicin, et almindeligt cancerkemoterapeutikum, og evaluerede dets lægemiddelfrigørende egenskaber og cytotoksiske virkninger. Sammenlignet med standard doxorubicin frigav de doxorubicinfyldte prikker stoffet langsommere i standard lægemiddelfrigivelsesassays og viste øget drab i brystkræftceller. "Mens en betragtelig mængde standard doxorubicin pumpes ud af cellerne gennem lægemiddeludstrømningsmekanismer, når vi fanger lægemidlet i prikken, omgår vi sandsynligvis denne effekt noget," forklarede første studieforfatter Deep Bhattacharya, Ph.D., der er nu seniorforsker hos Pfizer. "Denne indfangning i nanodotten giver mulighed for en øget terapeutisk nyttelast og forlænget frigivelse af doxorubicin i celler."

Mohs bemærkede, at dette proof-of-concept-arbejde kun er begyndelsen for deres fluorescerende prikker. "Vi vil gerne foretage yderligere ændringer af disse prikker for at gøre dem bedre til biologisk påvisning i væv," sagde han. "Men denne indledende undersøgelse viste både billeddannelses- og lægemiddelleveringsegenskaberne af disse prikker, som vi kan lave ved hjælp af miljøvenlige materialer." + Udforsk yderligere

Lægemiddelindkapslende nanopartikel til at måle, hvordan anticancer-kemoterapiformuleringer trænger ind i cellerne