Onderzoekers van de Universiteit van Californië, San Diego Skaggs School of Pharmacy en Farmaceutische Wetenschappen, in samenwerking met materiaalwetenschappers, ingenieurs en neurobiologen, hebben een nieuw mechanisme ontdekt om licht te gebruiken om medicijnafgevende nanodeeltjes en andere gerichte therapeutische stoffen in het lichaam te activeren.

Deze ontdekking vertegenwoordigt een belangrijke innovatie, zei Ada Almutairi, doctoraat, universitair hoofddocent en directeur van het gezamenlijke UC San Diego-KACST Centre of Excellence in Nanomedicine. Tot nu toe, ze zei, slechts een handvol strategieën die gebruik maken van door licht geactiveerde afgifte van nanodeeltjes zijn gemeld.

Het mechanisme, beschreven in de 1 april 2014 online uitgave van ACS Nano , maakt gebruik van bijna-infrarood (NIR) licht van een laser met laag vermogen om waterzakken te verwarmen die zijn opgesloten in niet-fotogevoelige polymere nanodeeltjes die zijn doordrenkt met medicijnen. De waterzakken absorberen de lichtenergie als warmte, waardoor het inkapselende polymeer zachter wordt en het medicijn in het omringende weefsel kan worden afgegeven. Het proces kan meerdere keren worden herhaald, met nauwkeurige controle van de hoeveelheid en verspreiding van het medicijn.

"Een belangrijk voordeel van dit mechanisme is dat het compatibel moet zijn met bijna elk polymeer, zelfs die in de handel verkrijgbaar zijn, " zei Mathieu Viger, een postdoctoraal onderzoeker in het laboratorium van Almutairi en co-hoofdauteur van de studie. "We hebben waargenomen dat water wordt vastgehouden in deeltjes die zijn samengesteld uit alle biologisch afbreekbare polymeren die we tot nu toe hebben getest."

De methode, merkte Viger op, zou dus gemakkelijk door veel biologische laboratoria kunnen worden overgenomen.

Het gecombineerde gebruik van gehydrateerde polymeren en nabij-infrarood licht lijkt een groot aantal technologische en gezondheidsbarrières op te lossen die eerdere, vergelijkbare benaderingen. Eerdere pogingen om NIR-getriggerde afgifte te gebruiken, zijn niet op grote schaal benut omdat ze speciale designerpolymeren nodig hadden, dure lasers met hoog vermogen en/of de co-inkapseling van anorganische deeltjes waarvan de veiligheid in het lichaam twijfelachtig blijft.

De nieuwe methode beschreven door Almutairi en collega's van de afdelingen Werktuigbouwkunde en Lucht- en Ruimtevaarttechniek, neurowetenschap, en Scheikunde en Biochemie aan de UC San Diego gebruikt NIR op een trillingsgolflengte die is ingesteld om watermoleculen te exciteren, die de optische energie absorberen en omzetten in warmte. NIR kan biologische weefsels doordringen tot grotere diepten dan zichtbaar of ultraviolet licht.

Co-hoofdauteur Wangzhong Sheng, een afgestudeerde student in de afdeling Werktuigbouwkunde en Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek, verklaarde de selectiviteit van verwarming door het opgesloten water in deeltjes te vergelijken met een glas water en het omringende water in de oplossing of het weefsel met een badkuip. Door het enorme volumeverschil wordt de kleinere hoeveelheid water veel sneller opgewarmd.

Een duidelijk gebruik van de methode, zei Almutairi, is door licht getriggerde medicijnafgifte, maar met meer onderzoek, ze verwacht dat de nieuwe methode een verscheidenheid aan industriële, medische en wetenschappelijke toepassingen, met inbegrip van "elke technologische toepassing die vereist dat de chemie in tijd en in de ruimte wordt gecontroleerd, zoals in katalyse of zelfherstellende materialen of door licht geactiveerde zonnefilters of het doseren van pesticiden."