Een internationale samenwerking onder leiding van chemici en ingenieurs van de Universiteit van Pennsylvania heeft een bibliotheek samengesteld van synthetische biomaterialen die celmembranen nabootsen en die veelbelovend zijn voor de gerichte levering van kankermedicijnen, gentherapie, eiwitten, beeldvormende en diagnostische middelen en cosmetica veilig naar het lichaam in het opkomende gebied genaamd nanogeneeskunde.

De studie verschijnt in het huidige nummer van het tijdschrift Wetenschap .

Het onderzoek geeft de eerste beschrijving van het preparaat, structuur, zelfassemblage en mechanische eigenschappen van blaasjes en andere geselecteerde complexe nano-assemblages gemaakt van Janus dendrimeren.

De zogenaamde dendrimerosomen zijn stabiel, dubbellaagse blaasjes die spontaan ontstaan ​​uit de exacte chemische samenstelling van Janus dendrimeren. Het team rapporteerde een groot aantal dubbellaagse capsulepopulaties, uniform van grootte, stabiel in de tijd in een grote verscheidenheid aan media en temperaturen, die afstembaar zijn door temperatuur en chemie met superieure mechanische eigenschappen voor reguliere liposomen en ondoordringbaar voor ingekapselde verbindingen. Ze zijn in staat om porievormende eiwitten op te nemen, kunnen assembleren met structuurbepalende fosfolipiden en blokcopolymeren en bieden een moleculaire periferie die geschikt is voor chemische functionalisering zonder hun zelfassemblage te beïnvloeden.

Co-auteurs Virgil Percec van Penn's Department of Chemistry en Daniel A. Hammer van Penn's Department of Bioengineering, vergezeld door Frank Bates en Timothy Lodge van de Universiteit van Minnesota, Michael Klein van Temple University en Kari Rissanen van de Jyväskylä University, in Finland, hebben hydrofiele en hydrofobe dendrons chemisch gekoppeld om amfifiele Janus-dendrimeren te creëren met een rijk palet aan morfologieën, waaronder cubosomen, schijven, buisvormige blaasjes en spiraalvormige linten en bevestigden de geassembleerde structuren met behulp van cryogene transmissie-elektronenmicroscopie en fluorescentiemicroscopie.

"Dendrimerosomen trouwen met de stabiliteit en mechanische sterkte die verkrijgbaar zijn bij polymersomen, blaasjes gemaakt van blokcopolymeren, met de biologische functie van gestabiliseerde fosfolipide liposomen, " zei Percec, de P. Roy Vagelos-leerstoel en hoogleraar scheikunde aan Penn, "maar met superieure uniformiteit van grootte, gemak van vorming en chemische functionalisering."

"Deze materialen zijn veelbelovend omdat hun membranen de dikte hebben van natuurlijke dubbellaagse membranen, maar ze hebben superieure en afstembare materiaaleigenschappen, " zei Hamer, de Alfred G. en Meta A. Ennis hoogleraar Bioengineering aan Penn. "Vanwege hun membraandikte, het zal eenvoudiger zijn om biologische componenten in de blaasjesmembranen op te nemen, zoals receptoren en kanalen."

"Van geen enkele andere klasse van moleculen, waaronder blokcopolymeren en lipiden, is bekend dat ze zich in water assembleren tot zo'n diversiteit aan supramoleculaire structuren, " zei Bats, de Regents Professor en hoofd van de afdeling Chemical Engineering and Materials Science aan de Universiteit van Minnesota.

Zelf-geassembleerde nanostructuren, verkregen uit natuurlijke en synthetische amfifielen, dienen steeds meer als nabootsers van biologische membranen en maken de gerichte afgifte van medicijnen mogelijk, nucleïnezuren, eiwitten, gentherapie en beeldvormende middelen voor diagnostische geneeskunde. De uitdaging voor onderzoekers is het creëren van deze precieze moleculaire arrangementen die samen functioneren als veilige biologische dragers terwijl ze een nuttige lading dragen.

Janus-dendrimeerassemblages bieden verschillende voordelen ten opzichte van andere concurrerende technologieën voor de levering van nanodeeltjes. Liposomen zijn nabootsingen van celmembranen die zijn samengesteld uit natuurlijke fosfolipiden of uit synthetische amfifielen, inclusief polymersomen. Maar, liposomen zijn niet stabiel, zelfs bij kamertemperatuur, en variëren sterk in grootte, die vervelende stabilisatie en fractionering vereisen voor alle praktische toepassingen. polymersomen, anderzijds, zijn stabiel maar polydispers, en de meeste zijn niet biocompatibel, waarvoor wetenschappelijke interventie nodig is om de beste eigenschappen van beide te combineren voor nanogeneeskunde. Dendrimerosomen bieden stabiliteit, monodispersiteit, houdbaarheid en veelzijdigheid, en ze brengen de wetenschap van zelf-geassembleerde nanostructuren voor biologische en medische toepassingen aanzienlijk vooruit.