Onderzoekers hebben een gemakkelijke manier gevonden om koolstofnanodeeltjes te produceren die klein genoeg zijn om het immuunsysteem van het lichaam te omzeilen. licht reflecteren in het nabij-infraroodbereik voor eenvoudige detectie, en draag ladingen van farmaceutische medicijnen naar gerichte weefsels.

In tegenstelling tot andere methoden om koolstofnanodeeltjes te maken - waarvoor dure apparatuur en zuiveringsprocessen nodig zijn die dagen kunnen duren - genereert de nieuwe aanpak de deeltjes in een paar uur en gebruikt slechts een handvol ingrediënten, inclusief in de winkel gekochte melasse.

De onderzoekers, onder leiding van de bio-ingenieursprofessoren van de Universiteit van Illinois, Dipanjan Pan en Rohit Bhargava, rapporteren hun bevindingen in het tijdschrift Klein .

"Als je een magnetron en honing of melasse hebt, je kunt deze deeltjes vrijwel thuis maken, "Zei Pan. "Je mengt ze gewoon door elkaar en kookt het een paar minuten, en je krijgt iets dat op char lijkt, maar dat zijn nanodeeltjes met een hoge luminescentie. Dit is een van de eenvoudigste systemen die we kunnen bedenken. Het is veilig en zeer schaalbaar voor eventueel klinisch gebruik."

Deze "next-generation" koolstofbollen hebben verschillende aantrekkelijke eigenschappen, vonden de onderzoekers. Ze verstrooien van nature licht op een manier waardoor ze gemakkelijk te onderscheiden zijn van menselijke weefsels, het elimineren van de noodzaak voor toegevoegde kleurstoffen of fluorescerende moleculen om ze in het lichaam te helpen detecteren.

De nanodeeltjes zijn gecoat met polymeren die hun optische eigenschappen en hun afbraaksnelheid in het lichaam verfijnen. De polymeren kunnen worden geladen met medicijnen die geleidelijk worden vrijgegeven.

De nanodeeltjes kunnen ook vrij klein worden gemaakt, minder dan acht nanometer in diameter (een mensenhaar is 80, 000 tot 100, 000 nanometer dik).

"Ons immuunsysteem herkent niets onder de 10 nanometer, ' zei Pan. 'Dus, deze kleine deeltjes zijn een beetje gecamoufleerd, Ik zou zeggen; ze verbergen zich voor het menselijke immuunsysteem."

Het team testte het therapeutisch potentieel van de nanodeeltjes door ze te laden met een anti-melanoommedicijn en ze te mengen in een plaatselijke oplossing die op de varkenshuid werd aangebracht.

Het laboratorium van Bhargava gebruikte vibrationele spectroscopische technieken om de moleculaire structuur van de nanodeeltjes en hun lading te identificeren.

"Raman- en infraroodspectroscopie zijn de twee instrumenten die men gebruikt om de moleculaire structuur te zien, " Zei Bhargava. "We denken dat we dit deeltje met een specifiek polymeer en met een specifieke medicijnlading hebben gecoat - maar hebben we dat echt? We gebruiken spectroscopie om de formulering te bevestigen en om de afgifte van de deeltjes en medicijnmoleculen te visualiseren."

Het team ontdekte dat de nanodeeltjes de nuttige lading van het medicijn niet vrijgaven bij kamertemperatuur, maar bij lichaamstemperatuur begon het medicijn tegen kanker vrij te geven. De onderzoekers bepaalden ook welke actuele toepassingen de huid tot een gewenste diepte doordrongen.

Bij verdere experimenten, de onderzoekers ontdekten dat ze de infusie van de deeltjes in melanoomcellen konden veranderen door de polymeercoatings aan te passen. Beeldvorming bevestigde dat de geïnfuseerde cellen begonnen te zwellen, een teken van naderende celdood.

"Dit is een veelzijdig platform om een ​​groot aantal medicijnen te vervoeren - voor melanoom, voor andere vormen van kanker en voor andere ziekten, " zei Bhargava. "Je kunt het met verschillende polymeren bedekken om het een andere optische respons te geven. Je kunt het laden met twee medicijnen, of drie, of vier, dus je kunt multidrug-therapie doen met dezelfde deeltjes."

"Door gedefinieerde oppervlaktechemie te gebruiken, we kunnen de eigenschappen van deze deeltjes veranderen, " zei Pan. "We kunnen ze op een bepaalde golflengte laten gloeien en we kunnen ze ook afstemmen om de medicijnen vrij te geven in de aanwezigheid van de cellulaire omgeving. Dat is, I denk, de schoonheid van het werk."