Er zijn de afgelopen tien jaar aanzienlijke vorderingen gemaakt op het gebied van chemotherapie, maar het richten van medicijnen op kankercellen en het vermijden van gezonde weefsels blijft een grote uitdaging.

Nanotechnologie heeft nieuwe wegen ontgrendeld voor gerichte medicijnafgifte, inclusief het gebruik van nanodragers, of capsules, die ladingen van therapieën met kleine moleculen naar specifieke locaties in het lichaam kan vervoeren.

De vangst? Deze dragers zijn klein, en het maakt uit hoe klein ze zijn. Verander de grootte van 10 nanometer naar 100 nanometer, en de medicijnen kunnen in de verkeerde cellen of organen terechtkomen en daarmee gezonde weefsels beschadigen.

Een algemene aanname is dat zodra een nanodrager is gemaakt, het behoudt zijn grootte en vorm zowel op het schap als in het lichaam.

Echter, recent werk van een groep onderzoekers onder leiding van Thomas H. Epps, III, en Millicent Sullivan van de afdeling Chemische en Biomoleculaire Engineering aan de Universiteit van Delaware heeft aangetoond dat routinematige procedures bij het hanteren en verwerken van nanodrageroplossingen een significante invloed kunnen hebben op de grootte en vorm van deze minuscule structuren.

Hun bevindingen worden gerapporteerd in een paper, "Grootte-evolutie van zeer amfifiele macromoleculaire oplossingsassemblages via een duidelijk bimodaal traject, " gepubliceerd in Natuurcommunicatie op 7 april

Sullivan legt uit dat chemotherapeutische middelen zijn ontworpen om processen te beïnvloeden die verband houden met celdeling. Daarom, ze doden niet alleen kankercellen, maar zijn ook giftig voor andere snel prolifererende cellen zoals die in haarzakjes en beenmerg. Bijwerkingen kunnen variëren van haaruitval tot een aangetast immuunsysteem.

"Ons doel is om medicijnen selectiever en specifieker aan kankercellen te leveren, ', zegt Sullivan. 'We willen de drug afzonderen, zodat we kunnen bepalen wanneer en waar het effect heeft.'

Hoewel er een aantal routes zijn om medicijndragende nanocapsules te maken, er is een groeiende belangstelling voor het gebruik van polymeren voor deze toepassing.

"Moleculaire zelfassemblage van polymeren biedt de mogelijkheid om uniforme, op maat gemaakte structuren van vooraf bepaalde grootte en vorm, "zegt Epps. "Het probleem ligt in de veronderstelling dat als ze eenmaal zijn geproduceerd, ze veranderen niet."

Het blijkt dat ze veranderen, en zeer kleine veranderingen kunnen een zeer grote impact hebben.

"Bij 75 nanometer, een nanocarrier kan zijn lading rechtstreeks afleveren bij een tumor, " zegt Epps. "Maar met krachtig schudden, het kan groeien tot 150 nanometer en kan zich ophopen in de lever of de milt. Dus eenvoudige agitatie kan het distributieprofiel van het nanocarrier-drugscomplex in het lichaam volledig veranderen."

Het werk heeft grote gevolgen voor de productie, opslag, en gebruik van op nano gebaseerde medicijnafgiftesystemen.

Over het onderzoek

De onderzoekers gebruikten verschillende experimentele technieken, waaronder cryogene transmissie-elektronenmicroscopie (cryo-TEM), kleine hoek röntgenverstrooiing (SAXS), kleine hoek neutronenverstrooiing (SANS), en dynamische lichtverstrooiing (DLS) - om de effecten van algemene voorbereidingsomstandigheden op de stabiliteit op lange termijn van de zelf-geassembleerde structuren te onderzoeken.

Het werk werd uitgevoerd in samenwerking met het University's Centre for Neutron Science en het National Institute of Standards and Technology Center for Neutron Research.

Het papier is co-auteur van Elizabeth Kelley, Ryan Murphy, Jonathan Seppala, Thomas Slim, en Sarah Han.

Thomas H. Epps, III, is de Thomas en Kipp Gutshall-leerstoel voor chemische en biomoleculaire engineering, en Millicent Sullivan is een universitair hoofddocent bij de afdeling Chemische en Biomoleculaire Engineering.