Nanodeeltjes zijn veelbelovend gebleken in de gerichte afgifte van medicijnen aan cellen, maar onderzoekers van de Universiteit van Georgia hebben het medicijnafgifteproces verder verfijnd door nanodeeltjes te gebruiken om medicijnen af ​​te leveren aan een specifiek organel in cellen.

Door zich te richten op mitochondriën, vaak "de krachtpatser van cellen, "De onderzoekers verhoogden de effectiviteit van mitochondriën-werkende therapieën die worden gebruikt om kanker te behandelen, De ziekte van Alzheimer en obesitas in onderzoeken met gekweekte cellen.

"Het mitochondrion is een complex organel dat erg moeilijk te bereiken is, maar deze nanodeeltjes zijn zo ontworpen dat ze het juiste werk op de juiste plaats doen, " zei senior auteur Shanta Dhar, een assistent-professor scheikunde aan het UGA Franklin College of Arts and Sciences.

Dhar en haar co-auteur, promovendus Sean Marrache, gebruikte een biologisch afbreekbare, Door de FDA goedgekeurd polymeer om hun nanodeeltjes te fabriceren en gebruikten de deeltjes vervolgens om medicijnen in te kapselen en te testen die verschillende aandoeningen behandelen. Hun resultaten werden deze week gepubliceerd in de vroege editie van het tijdschrift Proceedings van de National Academy of Sciences .

Om de effectiviteit van hun drug targeting systeem tegen kanker te testen, ze hebben het medicijn lonidamine ingekapseld, die werkt door de energieproductie in de mitochondriën te remmen, en, afzonderlijk, een vorm van de antioxidant vitamine E. Vervolgens behandelden ze gekweekte kankercellen en ontdekten dat mitochondriale targeting de effectiviteit van de medicijnen meer dan 100 keer verhoogde in vergelijking met de medicijnen alleen en vijf keer in vergelijking met de levering van medicijnen met nanodeeltjes die richten zich op de buitenkant van de cellen.

evenzo, de samengestelde curcumine is veelbelovend gebleken bij het remmen van de vorming van de amyloïde plaques die een kenmerk zijn van de ziekte van Alzheimer, maar het degradeert snel in de aanwezigheid van licht en wordt snel afgebroken door het lichaam. Door curcumine in te kapselen in de mitochondria-targeting nanodeeltjes, echter, de onderzoekers waren in staat om het vermogen van hersencellen in kweek te herstellen om te overleven, ondanks de aanwezigheid van een verbinding die plaquevorming bevordert. Bijna 100 procent van de cellen die werden behandeld met de mitochondria-targeting nanodeeltjes overleefde in de aanwezigheid van de plaque-inducerende verbinding, vergeleken met 67 procent van de cellen die zijn behandeld met vrije curcumine en 70 procent van de cellen die zijn behandeld met nanodeeltjes die zich op de buitenkant van cellen richten.

Eindelijk, de onderzoekers kapselden het zwaarlijvigheidsmedicijn 2 in, 4-DNP - dat werkt door de energieproductie in de mitochondriën minder efficiënt te maken - in hun nanodeeltjes en ontdekte dat het de productie van vet door gekweekte cellen, bekend als preadipocyten, met 67 procent verminderde in vergelijking met cellen die alleen met het medicijn werden behandeld en met 61 procent van de cellen behandeld met nanodeeltjes die zich richten op de buitenkant van cellen.

"Veel ziekten worden geassocieerd met disfunctionele mitochondriën, maar veel van de medicijnen die inwerken op de mitochondriën kunnen daar niet komen, "Zei Marrache. "In plaats van te proberen de medicijnen te veranderen, die hun effectiviteit kunnen verminderen, we kapselen ze in deze nanodeeltjes in en leveren ze precies af aan de mitochondriën."

Dhar zei dat het niet eenvoudig is om medicijnen naar de mitochondriën te krijgen. Bij het betreden van cellen, nanodeeltjes komen een sorteercentrum binnen dat bekend staat als het endosoom. Het eerste dat Dhar en Marrache moesten aantonen, was dat de nanodeeltjes uit het endosoom ontsnappen en niet in het opslagcentrum van de cellen belanden. het lysosoom.

De mitochondriën zelf worden beschermd door twee membranen gescheiden door een interstitiële ruimte. Het buitenmembraan laat alleen moleculen van een bepaalde grootte door, terwijl het binnenmembraan alleen moleculen met een bepaald ladingsbereik doorlaat. De onderzoekers construeerden een bibliotheek met nanodeeltjes en testten deze totdat ze het optimale groottebereik hadden gevonden:64 tot 80 nanometer, of ongeveer 1, 000 keer fijner dan de breedte van een mensenhaar - en een optimale oppervlaktelading, plus 34 millivolt.

Dhar merkt op dat de componenten die ze hebben gebruikt om de nanodeeltjes te maken door de FDA zijn goedgekeurd en dat hun methoden zeer reproduceerbaar zijn en daarom het potentieel hebben om te worden vertaald naar klinische instellingen. De onderzoekers testen momenteel hun gerichte leveringssysteem bij knaagdieren en zeggen dat de voorlopige resultaten veelbelovend zijn.

"Mitochondriale disfuncties veroorzaken veel aandoeningen bij mensen, "Dhar zei, "Er zijn dus verschillende potentiële toepassingen voor dit bezorgsysteem."