211service.com
Form betyder noget for nanopartikler
Nanopartikler, der er formet til at ligne visse bakterier, kan lettere infiltrere menneskelige celler, ifølge en ny undersøgelse. Resultaterne tyder på, at ændring af formen af nanopartikler kan gøre dem mere effektive til at behandle sygdom.
Celleangribere: Cylindriske nanopartikler glider let ind i cellerne. De kunne bruges til at levere lægemidler til kræftvæv.
Joseph DeSimone , en professor i kemi og kemiteknik ved University of North Carolina i Chapel Hill og ved North Carolina State University, testede, hvordan nano- og mikropartikler formet som terninger, squat-cylindre og lange stænger blev optaget i menneskelige celler i kultur. Han fandt ud af, at lange, stavformede partikler gled ind i celler med fire gange hastigheden af korte, cylindriske former med lignende volumener. DeSimone, der rapporterede resultaterne i denne uge i Proceedings of the National Academy of Sciences , bemærker, at de hurtigere nanopartikler ligner visse typer bakterier, der er gode til at inficere celler. En masse stavlignende bakterier kommer hurtigt ind i cellerne, siger han. Ved at bruge samme størrelse og form kommer vores partikler også meget hurtigt ind.
Forskere har længe haft mistanke om, at efterligning af de karakteristiske former for bakterier, svampe, blodceller – selv pollen – kunne forbedre nanopartiklers evne til at levere lægemidler til syge celler i kroppen. Men det har været svært at teste denne mistanke. Det, der er brug for, er en måde at hurtigt lave milliarder af partikler af identisk størrelse, kemi og form og derefter systematisk variere disse parametre for at lære, hvilken effekt de har.
DeSimone udviklede en måde, hvorpå man nemt kan designe og teste en lang række partikelformer, samtidig med at man kontrollerer størrelse og kemisk sammensætning. For eksempel kan han lave partikler af forskellige former – boomerangs, donuts, sekskantmøtrikker, cylindre, terninger – mens størrelsen holdes konstant. Han kan også lave boomerangformede partikler af forskellige størrelser, eller holde størrelse og form konstant og kun variere partiklernes kemiske sammensætning. Processen giver forskerne et hidtil uset niveau af kontrol, siger han, hvilket gør det nemt hurtigt at teste, hvordan ændrede forskellige parametre for nanopartikler, herunder form, påvirker, hvordan de opfører sig i væv.
Multimedier
Se, hvordan du laver nanopartikler formet som boomerange.
Historisk set har det meste af arbejdet med partikler været med sfæriske partikler, fordi det har været meget udfordrende at lave partikler af forskellige former, siger Samir Mitragotri , professor i kemiteknik ved University of California, Santa Barbara. DeSimone demonstrerer en meget kraftfuld teknologi, der viser [at] partikler af forskellige former og materialer kan fremstilles, siger Mitragotri. Det går langt ud over de nuværende værktøjer. Han tilføjer, at papiret viser, at form gør en stor forskel i den biologiske respons.
DeSimone identificerede også de præcise mekanismer, hvorved celler optager partikler af forskellige former. Disse mekanismer bestemmer, hvor partiklerne ender inde i cellen. Disse nye data kan hjælpe forskere med at designe partikler, der når bestemte rum i en celle, der har et kendt niveau af surhedsgrad. Forskerne kunne så finjustere partiklerne, så de først nedbrydes og frigiver deres last, når de når det ønskede rum. På den måde vil partiklerne kun frigive lægemidler inde i målcellerne, hvilket efterlader sunde celler uskadt.
DeSimone bruger sin fremstillingsteknik til at producere nanopartikler, der leverer lægemidler til kræftceller. Han starter forsøg med mus for en række kræfttyper - brystkræft, æggestokkræft, livmoderhalskræft, lunge, prostata - og lymfom. Han er i stand til at udføre så mange forsøg, fordi det er nemt at tilføje forskellige behandlingsmolekyler til sine partikler. Partikler udviklet til målretning mod brystkræft kan nemt ændres til for eksempel målrettet lungekræft. Under testene vil DeSimone systematisk variere doser, størrelser og så videre for at bestemme de mindst toksiske, mest effektive kombinationer. Du kan nu spærre en masse forskellige kræftformer og se på, hvad der er de mest effektive designparametre, du kan sætte i systemet, siger han.
DeSimone har udviklet partikler, der ligner røde blodlegemer i størrelse, form og fleksibilitet for at hjælpe dem med at cirkulere i blodbanen uden at blive fjernet af biologiske barrierer. (Han tester disse på dyr som et potentielt grundlag for kunstigt blod.) Han tester også lange, ormelignende partikler, som ikke let kan indtages af makrofager. Partiklen skal overvinde så mange forhindringer, før den når sin destination, siger Mitragotri. Tidligere har forskere været begrænset til at ændre partiklernes størrelse og kemi. Tilføjelse af evnen til at kontrollere formen giver et stort løft til at overvinde disse forhindringer, siger Mitragotri.