211service.com
Kształt ma znaczenie dla nanocząstek
Według nowego badania nanocząsteczki ukształtowane tak, aby przypominały niektóre bakterie, mogą łatwiej przenikać do ludzkich komórek. Wyniki sugerują, że zmiana kształtu nanocząstek może zwiększyć ich skuteczność w leczeniu chorób.
Najeźdźcy komórek: Cylindryczne nanocząsteczki łatwo wnikają do komórek. Mogą być wykorzystywane do dostarczania leków do tkanek nowotworowych.
Józef DeSimone , profesor chemii i inżynierii chemicznej na University of North Carolina w Chapel Hill i North Carolina State University, przetestował, w jaki sposób nano- i mikrocząstki w kształcie sześcianów, przysadzistych cylindrów i długich prętów zostały przeniesione do ludzkich komórek w kulturze. Odkrył, że długie cząstki w kształcie pręcików wślizgiwały się do komórek z czterokrotnie większą szybkością niż krótkie, cylindryczne kształty o podobnej objętości. DeSimone, który w tym tygodniu poinformował o odkryciach w Materiały Narodowej Akademii Nauk zauważa, że szybsze nanocząsteczki przypominają pewne typy bakterii, które dobrze infekują komórki. Mówi, że wiele bakterii podobnych do pręcików szybko dostaje się do komórek. Używając tego samego rozmiaru i kształtu, nasze cząsteczki również wnikają bardzo szybko.
Naukowcy od dawna podejrzewali, że naśladowanie charakterystycznych kształtów bakterii, grzybów, krwinek, a nawet pyłków, może poprawić zdolność nanocząstek do dostarczania leków do chorych komórek w organizmie. Ale trudno było przetestować to podejrzenie. Potrzebny jest sposób na szybkie wytworzenie miliardów cząstek o identycznym rozmiarze, składzie chemicznym i kształcie, a następnie systematyczne zmienianie tych parametrów, aby dowiedzieć się, jaki mają efekt.
DeSimone opracował sposób na łatwe projektowanie i testowanie szerokiej gamy kształtów cząstek, przy jednoczesnej kontroli wielkości i składu chemicznego. Na przykład może wytwarzać cząstki o różnych kształtach – bumerangi, pączki, nakrętki sześciokątne, cylindry, kostki – przy zachowaniu stałego rozmiaru. Potrafi też wytwarzać różnej wielkości cząstki w kształcie bumerangu lub utrzymywać stały rozmiar i kształt oraz zmieniać jedynie skład chemiczny cząstek. Jak mówi, proces ten daje naukowcom niespotykany dotąd poziom kontroli, co ułatwia szybkie testowanie, jak zmieniające się różne parametry nanocząstek, w tym kształt, wpływają na ich zachowanie w tkankach.
Multimedia
Zobacz, jak zrobić nanocząsteczki w kształcie bumerangów.
Historycznie większość pracy z cząstkami dotyczyła cząstek sferycznych, ponieważ tworzenie cząstek o różnych kształtach było bardzo trudne, mówi Samir Mitragotri , profesor inżynierii chemicznej na Uniwersytecie Kalifornijskim w Santa Barbara. DeSimone demonstruje bardzo potężną technologię, która pokazuje, że można przygotować cząstki o różnych kształtach i materiałach, mówi Mitragotri. Wykracza znacznie poza obecne narzędzia. Dodaje, że artykuł pokazuje, że kształt ma duży wpływ na reakcję biologiczną.
DeSimone zidentyfikował również precyzyjne mechanizmy, dzięki którym komórki przyjmują cząsteczki o różnych kształtach. Mechanizmy te określają, gdzie cząsteczki trafiają do wnętrza komórki. Te nowe dane mogą pomóc naukowcom zaprojektować cząstki, które docierają do określonych przedziałów w komórce o znanym poziomie kwasowości. Naukowcy mogli następnie dostroić cząsteczki, aby rozpadły się i uwolniły swój ładunek dopiero po dotarciu do pożądanego przedziału. W ten sposób cząsteczki będą uwalniać leki tylko do docelowych komórek, pozostawiając zdrowe komórki nienaruszone.
DeSimone wykorzystuje swoją technikę wytwarzania do wytwarzania nanocząstek, które dostarczają leki do komórek rakowych. Rozpoczyna próby na myszach pod kątem wielu typów raka – piersi, jajnika, szyjki macicy, płuc, prostaty – i chłoniaka. Jest w stanie przeprowadzić tak wiele prób, ponieważ łatwo jest dodać do jego cząstek różne cząsteczki lecznicze. Cząsteczki opracowane w celu zwalczania raka piersi można łatwo zmienić na celowanie na przykład w raka płuc. Podczas testów DeSimone będzie systematycznie zmieniać dawki, rozmiary itd., aby określić najmniej toksyczne, najskuteczniejsze kombinacje. „Możesz teraz zasypać wiele różnych nowotworów i przyjrzeć się, jakie są najskuteczniejsze parametry projektowe, które możesz umieścić w systemie”, mówi.
Firma DeSimone opracowała cząsteczki, które rozmiarem, kształtem i elastycznością przypominają czerwone krwinki, aby pomóc im krążyć w krwiobiegu bez usuwania przez bariery biologiczne. (Testuje je na zwierzętach jako potencjalną podstawę sztucznej krwi.) Testuje również długie, robakowate cząstki, które nie mogą być łatwo skonsumowane przez makrofagi. Cząstka musi pokonać tak wiele przeszkód, zanim dotrze do celu, mówi Mitragotri. Wcześniej badacze ograniczali się do zmiany wielkości i składu chemicznego cząstek. Dodanie możliwości kontrolowania kształtu zapewnia duży impuls w pokonywaniu tych przeszkód, mówi Mitragotri.