Polymeer nanodeeltjes die medicijnen met gecontroleerde snelheden in cellen afgeven, hebben het potentieel om de werkzaamheid van veel klinische geneesmiddelen te verbeteren. A * STAR-onderzoekers hebben nu een opvallende manier ontwikkeld om de prestaties van verschillende formuleringen voor de toediening van polymeren te evalueren met behulp van lichtgevende kwantumdots als beeldvormende labels.

Klein, anorganische quantum-dot-kristallen worden steeds vaker gebruikt als biologische sondes vanwege hun krachtige optische eigenschappen. Door de stippen te stimuleren met laserlicht, onderzoekers kunnen scherpe beelden verkrijgen om processen zoals medicijnafgifte te volgen voor veel langere tijdsbestekken dan bijna elke andere techniek. Echter, een belangrijke uitdaging ligt in het opnemen van hydrofobe kwantumdots in biocompatibele, in water oplosbare polymeren.

Ming-Yong Han en medewerkers van het A*STAR Institute of Materials Research and Engineering in Singapore wendden zich tot een copolymeer dat bekend staat als poly(D, L-lactide-co-glycolide), of PLGA, voor hun quantum-dot imaging-strategie. Dit niet-giftige materiaal heeft een afstembaar waterafstotend of wateraantrekkend vermogen, afhankelijk van het aandeel melk- en glycolzuurcomponenten. Het is ook een ideaal medicijnafgifteplatform voor het populaire antikankergeneesmiddel doxorubicine - een fluorescerend molecuul dat wordt gebruikt voor de behandeling van ziekten zoals leukemie en Hodgkin-lymfoom.

"De keuze van polymeer- en nanodeeltjespreparaten speelt een belangrijke rol bij het maken van uniform fluorescerende deeltjes, " zegt co-auteur Choon Peng Teng. "Verschillende hydrofobe of hydrofiele interacties beïnvloeden hoe kwantumstippen worden opgenomen."

Het team synthetiseerde twee soorten PLGA-nanodeeltjes:een geladen met doxorubicine, en de andere met kwantum-dot bio-labels - en incubeerde ze in een cultuur van menselijke coloncellen. Na twee uur, confocale beeldvorming onthulde dat beide soorten polymeernanodeeltjes door de cellen werden opgeslokt via een endocytosemechanisme en geïnternaliseerd in het cytoplasma (zie afbeelding). Door de heldere emissies van de stippen konden de onderzoekers de opname kwantificeren als 25 procent van het celvolume.

Omdat het gedrag van de met kwantumdot gelabelde nanodeeltjes parallel liep met de met doxorubicine geïmpregneerde materialen, Han en collega's realiseerden zich dat dit beeldvormingssysteem de effectiviteit van andere belangrijke toedieningsschema's voor medicijnen zou kunnen modelleren. De eerste onderzoeken lijken veelbelovend:de kwantum-dot-geladen PLGA-nanodeeltjes bootsten verschillende medicijnafgiftesystemen na voor het richten op de hersenen, long- en borstkankercellijnen, en waren compatibel met zowel in water oplosbare als in water onoplosbare geneesmiddelen.

Nog een voordeel van deze aanpak, merkt co-auteur Khin Yin Win op, is dat het de werking kan simuleren van niet-fluorescerende geneesmiddelen tegen kanker die voorheen niet te traceren waren met confocale beeldvorming. "Dit model kan het monitoren van biocompatibiliteit en cellulaire opname vergemakkelijken, maar het kan ook evalueren hoe haalbaar bepaalde materialen zijn als medicijndragers, " zegt ze. "Dit zou kunnen leiden tot meer innovatieve systemen voor medicijnafgifte."