Wetenschappers van UC Santa Barbara hebben een nanodeeltje ontworpen dat een aantal unieke en belangrijke eigenschappen heeft. Bolvormig van vorm en zilver van samenstelling, het is ingekapseld in een omhulsel dat is gecoat met een peptide waardoor het zich op tumorcellen kan richten. Bovendien, de schaal is etsbaar, zodat die nanodeeltjes die hun doel niet raken, kunnen worden afgebroken en geëlimineerd. De onderzoeksresultaten verschijnen vandaag in het tijdschrift Natuurmaterialen .

De kern van het nanodeeltje maakt gebruik van een fenomeen dat plasmonics wordt genoemd. Bij plasmonica, nanogestructureerde metalen zoals goud en zilver resoneren in licht en concentreren het elektromagnetische veld nabij het oppervlak. Op deze manier, fluorescerende kleurstoffen worden versterkt, verschijnen ongeveer tien keer helderder dan hun natuurlijke staat wanneer er geen metaal aanwezig is. Wanneer de kern is geëtst, de verbetering verdwijnt en het deeltje wordt zwak.

UCSB's Ruoslahti Research Laboratory ontwikkelde ook een eenvoudige etstechniek met behulp van biocompatibele chemicaliën om de zilveren nanodeeltjes snel buiten levende cellen te demonteren en te verwijderen. Deze methode laat alleen de intacte nanodeeltjes over voor beeldvorming of kwantificering, dus onthullend op welke cellen het doelwit is geweest en hoeveel elke cel heeft geïnternaliseerd.

"De demontage is een interessant concept voor het maken van medicijnen die reageren op een bepaalde stimulus, " zei Gary Braun, een postdoctoraal medewerker in het Ruoslahti Lab in de afdeling Molecular, Cellulaire en ontwikkelingsbiologie (MCDB). "Het minimaliseert ook de off-target toxiciteit door de overtollige nanodeeltjes af te breken, zodat ze vervolgens door de nieren kunnen worden verwijderd."

Deze methode voor het verwijderen van nanodeeltjes die niet in doelcellen kunnen doordringen, is uniek. "Door te focussen op de nanodeeltjes die daadwerkelijk in cellen terecht zijn gekomen, ' zei Braun, "We kunnen dan begrijpen welke cellen het doelwit waren en de weefseltransportroutes in meer detail bestuderen."

Sommige medicijnen kunnen op eigen kracht door het celmembraan gaan, maar veel medicijnen vooral RNA- en DNA-genetische medicijnen, zijn geladen moleculen die worden geblokkeerd door het membraan. Deze medicijnen moeten worden ingenomen via endocytose, het proces waarbij cellen moleculen absorberen door ze te verzwelgen.

"Dit vereist typisch een drager van nanodeeltjes om het medicijn te beschermen en het in de cel te brengen, " zei Braun. "En dat hebben we gemeten:de internalisatie van een drager via endocytose."

Omdat het nanodeeltje een kernschilstructuur heeft, de onderzoekers kunnen de buitenste coating variëren en de efficiëntie van tumortargeting en internalisatie vergelijken. Door het oppervlaktemiddel uit te schakelen, kunnen verschillende ziekten - of organismen in het geval van bacteriën - worden gericht door het gebruik van verschillende doelreceptoren. Volgens Braun, dit zou een manier moeten worden om de medicijnafgifte te optimaliseren waarbij de kern een medicijnbevattend vehikel is.

"Deze nieuwe nanodeeltjes hebben een aantal opmerkelijke eigenschappen die al nuttig zijn gebleken als hulpmiddel in ons werk dat betrekking heeft op gerichte medicijnafgifte in tumoren, " zei Erkki Ruoslahti, adjunct onderscheiden hoogleraar in UCSB's Center for Nanomedicine en MCDB afdeling. "Ze hebben ook potentiële toepassingen bij het bestrijden van infecties. Gevaarlijke infecties veroorzaakt door bacteriën die resistent zijn tegen alle antibiotica, komen steeds vaker voor, en nieuwe benaderingen om dit probleem aan te pakken zijn hard nodig. Zilver is een lokaal gebruikt antibacterieel middel en onze targeting-technologie kan het mogelijk maken om zilveren nanodeeltjes te gebruiken bij de behandeling van infecties overal in het lichaam."