(Phys.org)—Onderzoekers hebben een methode ontdekt die de gecontroleerde afgifte van een actief middel mogelijk maakt op basis van een magnetisch nanovoertuig. Het onderzoek, uitgevoerd door EPFL, het Adolphe Merkle Instituut en het Universitair Ziekenhuis van Genève, opent nieuwe mogelijkheden voor de ontwikkeling van doel.

Bepaalde medicijnen zijn van nature giftig. Bijvoorbeeld, antikankergeneesmiddelen die zijn ontwikkeld om zieke cellen te doden, zijn ook schadelijk voor gezonde. Om de bijwerkingen van chemotherapie te beperken, het zou een grote stap voorwaarts zijn als het mogelijk zou zijn om een ​​medicijn alleen in het aangetaste deel van het lichaam af te geven. In het kader van het Nationaal Onderzoeksprogramma "Smart Materials" (NRP 62) - een samenwerking tussen de SNSF en de Commission for Technology and Innovation (CTI) - onderzoekers van ETH Lausanne, het Adolphe Merkle Instituut en het Universitair Ziekenhuis van Genève hebben een methode ontdekt die een belangrijke stap zou kunnen zijn in de ontwikkeling van een dergelijk intelligent medicijn. Door hun expertise op het gebied van materiaalwetenschappen te combineren, biologische nanomaterialen en medicijnen, ze waren in staat om de haalbaarheid aan te tonen van het gebruik van een nanovoertuig om drugs te vervoeren en gecontroleerd vrij te geven.

Deze nanocontainer is een liposoom, die de vorm van een blaasje aanneemt. Het heeft een diameter van 100 tot 200 nanometer en is 100 keer kleiner dan een menselijke cel. Het membraan van het blaasje is samengesteld uit fosfolipiden en de binnenkant van het blaasje biedt ruimte voor het medicijn. Op het oppervlak van het liposoom, specifieke moleculen helpen kwaadaardige cellen aan te pakken en de nanocontainer te verbergen voor het immuunsysteem, die het anders als een buitenlandse entiteit zouden beschouwen en proberen het te vernietigen. Nu hoefden de onderzoekers alleen nog een mechanisme te ontdekken om het membraan naar believen te openen.

Nano-effect

Dat is precies wat de onderzoekers zijn gelukt. Hoe ze het deden? Door te integreren in het liposoommembraan superparamagnetische ijzeroxide nanodeeltjes (SPION), die alleen magnetisch worden in aanwezigheid van een extern magnetisch veld. Als ze eenmaal in het veld zijn, de SPION warmt op. Door de hitte wordt het membraan doorlaatbaar en komt het medicijn vrij. Onderzoekers bewezen de haalbaarheid van zo'n nano-voertuig door op gecontroleerde wijze een gekleurde stof in de liposomen vrij te geven. "We kunnen in deze context echt spreken van nanogeneeskunde omdat, door gebruik te maken van superparamagnetisme, we maken gebruik van een kwantumeffect dat alleen bestaat op het niveau van nanodeeltjes, " legt Heinrich Hofmann van het Powder Technology Laboratory van EPFL uit. SPION is ook een uitstekend contrastmiddel bij magnetische resonantiebeeldvorming (MRI). Een eenvoudige MRI toont de locatie van de SPION en zorgt ervoor dat het medicijn kan worden vrijgegeven zodra het de beoogde plek.

Ontworpen voor medische praktijk

"Om de kansen op het ontdekken van een effectieve behandeling te maximaliseren, we hebben ons gericht op nanocontainers, die gemakkelijk door artsen zouden worden aanvaard, ", voegt Heinrich Hofmann toe. Deze strategie beperkt het scala aan mogelijkheden. Liposomen, die al in een aantal geneesmiddelen op de markt worden gebruikt, zijn samengesteld uit natuurlijke fosfolipiden die ook in de membranen van menselijke cellen te vinden zijn. Om ze te openen, onderzoekers gericht op SPION, die reeds het onderwerp waren geweest van talrijke toxicologische studies. Efficiëntere materialen werden genegeerd omdat er weinig of niets bekend was over hun effecten op mensen. Qua vorm, een andere belangrijke parameter van magnetisme, ze kozen ervoor om alleen bolvormige nanodeeltjes te gebruiken, die als veiliger worden beschouwd dan vezelachtige vormen. De intensiteit en frequentie van het magnetische veld dat nodig is om het actieve middel vrij te maken, zijn compatibel met de menselijke fysiologie.

De combinatie van deze parameters stelde de onderzoekers voor een andere uitdaging:een temperatuur bereiken die hoog genoeg is om de liposomen te openen, ze werden gedwongen om de SPION te vergroten van 6 naar 15 nanometer. Het membraan van de blaasjes heeft een dikte van slechts 4-5 nanometer. Dan de meesterzet:de onderzoeksgroep van Alke Fink van het Adolphe Merkle Instituut kon de SPION hergroeperen in een deel van het membraan. Dit maakte ook MRI-detectie eenvoudiger. Voordat u met in-vivotests begint, de onderzoekers willen de integratie van SPION in het liposoommembraan nader bestuderen.