(PhysOrg.com) -- Onderzoekers van de Washington University in St. Louis hebben een met polymeer gecoate gouden nanokooi ontwikkeld die niet alleen opent als reactie op licht om een ​​kleine hoeveelheid van een medicijnlading vrij te geven, maar sluit dan wanneer het licht wordt uitgeschakeld, waardoor dit nano-apparaat klaar is om op commando een nieuwe dosis medicijn af te geven. Het vrijgeven van zorgvuldig getitreerde hoeveelheden van een medicijn alleen in de buurt van het weefsel dat het beoogde doelwit van het medicijn is, dit afgiftesysteem heeft het potentieel om de gunstige effecten van een medicijn te maximaliseren en tegelijkertijd de bijwerkingen te minimaliseren.

Dit werk, geleid door Younan Xia, doctoraat, werd gepubliceerd in het tijdschrift Natuurmaterialen .

De sleutel tot de reactie van de nanokooi op licht ligt bij een fysiek fenomeen dat bekend staat als oppervlakteplasmonresonantie. Sommige elektronen in de gouden nanokooi zijn niet verankerd aan individuele atomen, maar vormen in plaats daarvan een vrij zwevend elektronengas. Licht dat op deze elektronen valt, kan ze ertoe brengen als één geheel te oscilleren. Deze collectieve trilling, het oppervlakteplasmon, treedt op bij een bepaalde golflengte, of kleur, dat hangt af van de dikte van de kooiwanden. Naarmate er meer goud op de kooien wordt afgezet en hun wanden dikker worden, een suspensie van nanokooien verschuift van rood naar golflengten in het nabij-infrarood. Biologische weefsels zijn grotendeels transparant voor nabij-infrarood licht.

De oppervlakteplasmonresonantie bestaat eigenlijk uit twee delen. Bij de resonantiefrequentie, licht kan van de kooien worden verstrooid, door hen geabsorbeerd, of een combinatie van deze twee processen. Het is de absorptiecomponent die de wetenschappers gebruiken om de nanokooien te openen en te sluiten. Omdat de nanokooien licht absorberen, ze worden warm, een verandering teweegbrengen in een speciaal polymeer dat op een interessante manier op warmte reageert. het polymeer, poly(N-isopropylacrylamide), en zijn derivaten hebben een zogenaamde kritische temperatuur. Wanneer ze deze temperatuur bereiken, ondergaan ze een transformatie die een faseverandering wordt genoemd.

Als de temperatuur lager is dan de kritische temperatuur, de polymeerketens zijn waterminnend en steken als borstels uit de kooi. De borstels sluiten de poriën van de kooi af en voorkomen dat de lading eruit lekt. Maar als de gouden kooi reageert op licht en opwarmt boven de kritische temperatuur, de polymeerketens mijden water, samen krimpen en instorten. Terwijl ze krimpen, de poriën van de kooi gaan open, de inhoud ervan vrijgeven. De hoeveelheid medicijn die uit de kooien diffundeert, hangt af van hoe lang de kooien warm blijven, wat op zijn beurt weer afhangt van hoe lang het licht erop schijnt.

Om dit open-en-gesloten proces medisch bruikbaar te maken, de onderzoekers hebben de kritische temperatuur van het polymeer aangepast om boven de lichaamstemperatuur (37 °C) maar ruim onder 42 °C te komen, de temperatuur waarbij warmte cellen zou beginnen te doden. Tests met doxorubicine-geladen nanokooien toonden aan dat licht de afgifte van het geneesmiddel veroorzaakte zoals verwacht, het veroorzaken van de dood van borstkankercellen die in cultuur groeien.

Dit werk wordt gedetailleerd beschreven in een document met de titel, "Gouden nanokooien bedekt met slimme polymeren voor gecontroleerde afgifte met bijna-infrarood licht." Een samenvatting van dit artikel is beschikbaar op de website van het tijdschrift.

Aangeboden door National Cancer Institute (nieuws:web)