Sådan åbner du bløde nanopartikler ved hjælp af lydbølger

Forskere har opdaget, at de kan åbne squishy, ​​væskefyldte nanopartikler - små kugler så små som vira, der bruges til at levere stoffer - ved at bruge lydbølger til at skabe mikroskopiske bobler, der brister som balloner.

Værket afslører, hvordan lydbølger præcist kan kontrollere bløde nanopartikler, som er mindre i stand til end deres hårde modstykker at modstå fysiske ændringer i kroppen, når de afleverer deres last.

"Mange medicin er skrøbelig, så at kontrollere, hvordan disse bløde nanopartikler transformerer sig over tid, er utrolig vigtig for lægemiddellevering og andre medicinske anvendelser," sagde Ming Guo, lektor i materialevidenskab og teknik.

"Brug af lyd giver os en måde at ikke-invasivt styre, hvor meget og hvor hurtigt stofferne skal frigives, hvilket giver et nyt niveau af kontrol til at målrette sygdomme og væv.

Guo og kolleger rapporterede deres akustiske nanomekaniske teknik i dag i tidsskriftet Advanced Materials.

Væskefyldte nanopartikler har vist et stort potentiale til at levere terapier, men er mere modtagelige end faste nanopartikler for fysiske og biologiske kræfter i kroppen. Ud over for tidlig frigivelse af lægemidler under fødslen bekymrer forskere sig også om, at kroppen kan fjerne nanopartiklerne, før de når deres tilsigtede destination.

En løsning kunne være at justere det lægemiddelbærende materiale - såsom polymeren, lipidet eller metal - for at gøre nanopartiklerne sejere. Men det komplicerer ofte nanopartiklernes kemi, hvilket gør det sværere at kontrollere, hvordan det frigiver stoffet.

En blidere mulighed for at kontrollere lægemiddeldosis er at bruge eksterne triggere såsom lys, varme eller ultralyd. Men også disse metoder kommer ofte med komplicerede eller upræcise kontroller, sagde Guo.

"For eksempel kan lys være for invasivt og kan fremkalde uønskede bivirkninger," sagde hun. “Og mens ultralyd har meget højere rumlig og tidsmæssig opløsning, kræver præcis styring af de mekaniske effekter omhyggelig konstruktion af ultralydsimpulserne.

I deres søgen efter at udvikle en måde at præcist manipulere bløde nanopartikler ved hjælp af ultralyd, besluttede Guo og kollegaer sig på en to-trins proces.

Først designede de nanopartikler med en flydende perfluorcarbonkerne omgivet af en lipid-dobbeltlagsskal, ligesom en cellemembran.

Holdet opdagede, at når nanopartiklerne blev lagt i væske og derefter pulseret med ultralyd, skabte lydbølgerne små bobler i nanopartiklerne. Over tid udvidede disse bobler sig, hvilket i sidste ende sprængte lipidskallen og frigjorde den flydende kerne.

"Akustisk udløst opbrud sker kun, når størrelsen og koncentrationen af ​​boblerne og deres væksthastighed når en vis tærskel," sagde Guo. "Og vi fandt ud af, at ultralydsparametrene kunne designes til præcist at manipulere disse parametre."

Som et bevis på konceptet brugte forskerne teknikken til at levere en fluorescerende nyttelast, som stod for et lægemiddel, ind i celler i en laboratoriets skål. Resultaterne antydede, at metoden kunne bruges til at kontrollere lægemiddellevering inde i kroppen.

Til de næste trin planlægger Guos team at fokusere på, hvordan de akustiske parametre kan skræddersyes til kontrolleret frigivelse af medicin til forskellige sygdomme og væv. "En nøgleudfordring vil være at sikre, at disse parametre kan oversættes klinisk," sagde Guo. "Vi er meget opmuntrede af den indledende in vitro-validering, og det vil guide vores fremtidige arbejde."