Door het maken van wat misschien wel 's werelds kleinste driedimensionale onofficiële blok "M is, " Onderzoekers van de Universiteit van Michigan hebben een fabricageproces voor nanodeeltjes aangetoond dat in staat is om meerlaagse, precieze vormen.

De onderzoekers zeggen dat hun techniek de weg kan effenen voor medicijnen die zich op specifieke cellen kunnen richten, meerdere medicijnen afleveren op verschillende tijdstippen en snelheden, en zelfs artsen toestaan ​​​​de medicijnen naar bepaalde locaties in het lichaam te sturen. Ze zouden onderzoekers ook betere manieren kunnen bieden om nieuwe therapieën te testen.

De nieuwe methode produceert deeltjes die 10 of meer lagen dik kunnen zijn - om verschillende kuren met medicamenteuze behandelingen op te nemen, metalen, plastic of vrijwel elk ander materiaal. Ze kunnen worden gemaakt in nauwkeurig gecontroleerde maten en vormen met een diameter tot 25 nanometer. Met 115 bij 160 micron en 3 micron dik, de nep-logo's van Michigan zijn elk ongeveer zo groot als een zandkorrel. een micron, of micrometer, is een duizendste van een millimeter.

"De Block 'M's' waren een test, " zei Anish Tuteja, U-M-assistent-professor materiaalkunde en engineering en een ontwikkelaar van het proces. "Dit biedt allerlei mogelijkheden om verschillende polymeren en moleculen in verschillende vormen te combineren. En omdat het eenvoudig en goedkoop is, we kunnen veel gemakkelijker nieuwe mogelijkheden verkennen dan in het verleden."

Onderzoekers zeggen dat een van de eerste toepassingen in chemotherapie zou kunnen zijn, waar hun vermogen om verschillende lagen op te nemen, medicijnmakers in staat zou kunnen stellen verschillende chemotherapiemedicijnen te combineren en meerdere soorten kankercellen aan te pakken met een enkele behandeling. Ze zouden ook magnetische materialen kunnen aanbrengen waarmee artsen de medicijnen naar tumoren kunnen sturen.

Een ander belangrijk kenmerk is de flexibele vorm van de deeltjes, maat en make-up, waardoor artsen en medicijnfabrikanten medicijnen kunnen optimaliseren om kankercellen effectiever aan te pakken en minder schade aan gezonde cellen aan te richten.

"Verschillende soorten kanker hebben verschillende celstructuren, en elk type kan nanodeeltjes op een andere manier internaliseren, " zei Geeta Mehta, U-M assistent-professor materiaalkunde en techniek, die aan het project werkt. "We kunnen de vorm en medicijncombinaties van deze nieuwe deeltjes gemakkelijk aanpassen aan elk type kanker, zodat ze effectiever zijn tegen kankercellen en minder schadelijk zijn voor gezonde cellen."

Hoewel elke nieuwe behandeling waarschijnlijk vijf tot tien jaar duurt, het team hoopt binnen een tot twee jaar een vroege iteratie van de medicijnen beschikbaar te hebben om te testen.

De veelzijdigheid van de deeltjes en het relatief eenvoudige productieproces maken ze ook bruikbaar in het laboratorium voor het testen van nieuwe behandelingen, en voor het verkrijgen van een beter begrip van de precieze interactie van medicijnen met cellen.

"De Universiteit van Michigan heeft een uitgebreide bibliotheek met nieuwe kankermedicijnen in ontwikkeling, en ik denk dat deze deeltjes ons zullen helpen begrijpen hoe we ze het meest effectief kunnen gebruiken, Mehta zei. "We kunnen gemakkelijk nieuwe combinaties van medicijnen en verschillende deeltjesvormen proberen, en we kunnen kleurstoffen en andere markers toevoegen om te zien hoe ze zich in een cel gedragen."

De deeltjes kunnen ook nuttig zijn voor andere toepassingen voor medicijnafgifte, inclusief inhaleerbare vaccins en voorgeschreven medicijnen met een time-release die veel minder vaak zouden kunnen worden ingenomen dan de huidige medicijnen.

Hoewel onderzoekers in het verleden met succes meerlagige nanodeeltjes hebben gemaakt, deze deeltjes zijn de eersten die dat vermogen combineren met nauwkeurige controle over de vorm van de deeltjes, grootte en samenstelling.

Het onderzoeksteam begon het productieproces met een siliconenwafel die is voorzien van een vloeistofafstotende coating. Ze gebruikten ultraviolet licht om de coating weg te etsen in de vorm van de uiteindelijke deeltjes. Eindelijk, ze doopten de geëtste wafel in een vloeistof die hun polymeer bevatte opgelost in een oplosmiddel. De vloeistof bezinkt alleen op de geëtste gebieden, en toen het oplosmiddel verdampte, het polymeer bleef, precies gevormde nanodeeltjes achterlaten. Om meerdere lagen te krijgen, onderzoekers doopten de wafel eenvoudigweg opnieuw en opnieuw, elke keer een nieuwe laag vormen.

Tuteja zei dat de huidige methoden voor het vervaardigen van meerlagige nanodeeltjes complexer zijn dan de nieuwe aanpak. De meeste kunnen alleen bolvormige deeltjes produceren, en het beheersen van de deeltjesgrootte is moeilijk. Hij zei dat het team bezig is met het ontwikkelen van geautomatiseerde productiemethoden die uiteindelijk grotere aantallen deeltjes met grotere efficiëntie kunnen produceren. Het proces kan mogelijk worden gebruikt om deeltjes te vervaardigen voor een verscheidenheid aan toepassingen, waaronder computerschermen, diagnostische sensoren en zelfs microscopische motoren.

Mehta is ook een assistent-professor biomedische technologie en macromoleculaire wetenschap en techniek. Tuteja is ook een assistent-professor macromoleculaire wetenschap en techniek.

Een paper over de techniek, getiteld "Wettability Engendered Templated Self-Assembly (WETS) for Fabricating Multiphasic Particles, " is gepubliceerd in het nummer van 25 februari van het tijdschrift ACS Applied Materials &Interfaces. Het onderzoek werd ondersteund door de National Science Foundation en het Office of Naval Research.