211service.com
Vorm is belangrijk voor nanodeeltjes
Nanodeeltjes die zijn gevormd om op bepaalde bacteriën te lijken, kunnen volgens een nieuwe studie gemakkelijker menselijke cellen infiltreren. De resultaten suggereren dat het veranderen van de vorm van nanodeeltjes ze effectiever kan maken bij de behandeling van ziekten.
Cel indringers: Cilindrische nanodeeltjes glijden gemakkelijk in cellen. Ze kunnen worden gebruikt om medicijnen af te leveren aan kankerweefsels.
Joseph De Simone , een professor in scheikunde en chemische technologie aan de Universiteit van North Carolina in Chapel Hill en aan de North Carolina State University, testte hoe nano- en microdeeltjes in de vorm van kubussen, gedrongen cilinders en lange staafjes werden opgenomen in menselijke cellen in kweek. Hij ontdekte dat lange, staafvormige deeltjes in cellen glipten met vier keer de snelheid van korte, cilindrische vormen met vergelijkbare volumes. DeSimone, die de bevindingen deze week in de Proceedings van de National Academy of Sciences , merkt op dat de snellere nanodeeltjes lijken op bepaalde soorten bacteriën die goed zijn in het infecteren van cellen. Veel staafvormige bacteriën komen snel in de cellen, zegt hij. Met dezelfde grootte en vorm komen onze deeltjes ook heel snel binnen.
Onderzoekers hebben lang vermoed dat het nabootsen van de kenmerkende vormen van bacteriën, schimmels, bloedcellen - zelfs stuifmeel - het vermogen van nanodeeltjes om medicijnen af te geven aan zieke cellen in het lichaam zou kunnen verbeteren. Maar het was moeilijk om dit vermoeden te testen. Wat nodig is, is een manier om snel miljarden deeltjes van identieke grootte, chemie en vorm te maken en deze parameters vervolgens systematisch te variëren om erachter te komen welk effect ze hebben.
DeSimone ontwikkelde een manier om eenvoudig een grote verscheidenheid aan deeltjesvormen te ontwerpen en te testen, en tegelijkertijd te controleren op grootte en chemische samenstelling. Hij kan bijvoorbeeld deeltjes van verschillende vormen maken - boemerangs, donuts, zeskantige noten, cilinders, kubussen - terwijl hij de grootte constant houdt. Hij kan ook boemerangvormige deeltjes van verschillende groottes maken, of grootte en vorm constant houden en alleen de chemische samenstelling van de deeltjes variëren. Het proces geeft onderzoekers een ongekend niveau van controle, zegt hij, waardoor het gemakkelijk is om snel te testen hoe het veranderen van verschillende parameters van de nanodeeltjes, inclusief vorm, van invloed zijn op hoe ze zich in weefsels gedragen.
Multimedia
Zie hoe je nanodeeltjes in de vorm van boemerangs maakt.
Historisch gezien was het meeste werk met deeltjes met bolvormige deeltjes, omdat het maken van deeltjes met verschillende vormen een hele uitdaging was, zegt Samir Mitragotri , een professor in chemische technologie aan de Universiteit van Californië, Santa Barbara. DeSimone demonstreert een zeer krachtige technologie die laat zien dat deeltjes van verschillende vormen en materialen kunnen worden bereid, zegt Mitragotri. Het gaat veel verder dan de huidige tools. Hij voegt eraan toe dat uit het artikel blijkt dat vorm een groot verschil maakt in biologische respons.
DeSimone identificeerde ook de precieze mechanismen waarmee cellen deeltjes van verschillende vormen opnemen. Deze mechanismen bepalen waar de deeltjes in de cel terechtkomen. Deze nieuwe gegevens kunnen onderzoekers helpen bij het ontwerpen van deeltjes die bepaalde compartimenten binnen een cel bereiken met een bekende zuurgraad. De onderzoekers konden de deeltjes dan zo fijn afstemmen dat ze pas afbreken en hun lading vrijgeven als ze het gewenste compartiment bereiken. Op die manier zullen de deeltjes alleen medicijnen vrijgeven in de beoogde cellen, waardoor gezonde cellen ongedeerd blijven.
DeSimone gebruikt zijn productietechniek om nanodeeltjes te produceren die medicijnen afleveren aan kankercellen. Hij begint proeven bij muizen voor een aantal soorten kanker - borst-, eierstok-, baarmoederhals-, long-, prostaat- en lymfoom. Hij kan zoveel proeven doen omdat het gemakkelijk is om verschillende behandelingsmoleculen aan zijn deeltjes toe te voegen. Deeltjes die zijn ontwikkeld om borstkanker aan te pakken, kunnen eenvoudig worden veranderd om bijvoorbeeld longkanker te bestrijden. Tijdens de tests zal DeSimone systematisch de doses, maten, enzovoort variëren om de minst giftige, meest effectieve combinaties te bepalen. Je kunt nu een heleboel verschillende vormen van kanker bestrijden en kijken wat de meest effectieve ontwerpparameters zijn die je in het systeem kunt zetten, zegt hij.
DeSimone heeft deeltjes ontwikkeld die qua grootte, vorm en flexibiliteit op rode bloedcellen lijken, zodat ze in de bloedbaan kunnen circuleren zonder te worden verwijderd door biologische barrières. (Hij test deze bij dieren als mogelijke basis voor kunstbloed.) Hij test ook lange, wormachtige deeltjes die niet gemakkelijk door macrofagen kunnen worden geconsumeerd. Het deeltje moet zoveel hindernissen overwinnen voordat het zijn bestemming bereikt, zegt Mitragotri. Voorheen waren onderzoekers beperkt tot het veranderen van de grootte en chemie van deeltjes. Het toevoegen van de mogelijkheid om de vorm te controleren, geeft een grote boost bij het overwinnen van deze hindernissen, zegt Mitragotri.