Universiteit van Alabama bij Birmingham-onderzoeker Eugenia Kharlampieva, doctoraat, maakt polymere microcapsules die bedoeld zijn om kankermedicijnen naar de plaats van een tumor te brengen. Werken in de UAB afdeling Chemie op het snijvlak van polymeerchemie, nanotechnologie en biomedische wetenschappen, ze creëert nieuwe "slimme" deeltjes die een gecontroleerde afgifte van therapeutische medicijnen zullen bieden. specifiek, ze heeft ontdekt dat veranderingen in vorm of elasticiteit van deze kleine dragers een grote invloed hebben op hun vermogen om de hindernissen voor medicijnafgifte te overwinnen die liggen tussen een injectie in een ader en verzwelging in een kankercel.

In een recente krant, Kharlampieva en collega's vergeleken vier verschillende microcapsules:stijve kubussen of bollen, en elastische kubussen of bollen - om te zien hoe ze presteren tegen drie uitdagingen. De eerste is het vermijden van overspoeling door gezonde macrofaag-immuunsysteemcellen die fungeren als uitkijkposten en eerste verdedigers tegen vreemde pathogenen die het lichaam binnendringen. De tweede is het vermogen om door de kleine openingen in de wanden van ongezonde bloedvaten te knijpen om tumorcellen te bereiken. De derde wordt opgenomen door tumorcellen, waar ze hun chemotherapielading kunnen afleveren.

In de in vitro experimenten, het team vond duidelijke winnaars. Voor de uitdaging van macrofagen, de elastische bollen en kubussen waren veel beter in het vermijden van verzwelging in vergelijking met de vaste bollen en kubussen. Dit betekent mogelijk minder schade aan de gezonde cellen van het immuunsysteem en een langere halfwaardetijd in de bloedbaan voor de elastische therapeutische microcapsules.

"We willen dat ze uit de buurt blijven van macrofagen, die zijn als de opruimende soldaten van de bloedbaan, " Kharlampieva zei. "We ontdekten dat de holle deeltjes veel elastischer zijn, en ze worden niet opgenomen door macrofagen, dat is fantastisch."

In de uitdaging om door kleine openingen te knijpen, de elastische bollen en kubussen waren weer veel beter dan de vaste microcapsules. De wanden van de microscopisch kleine bloedvaten in tumoren hebben openingen die variëren van 300 nanometer tot 1,2 micrometer. De onderzoekers ontdekten dat de elastische microcapsules, die 2 micrometer breed zijn, kon door poriën knijpen die twee tot drie keer kleiner waren dan de diameters van de deeltjes. En na er doorheen te knijpen, de microcapsules kregen hun vorm terug als bollen of kubussen.

Bij tests van opname in borstkankercellen, de kubussen - vast of elastisch - vertoonden een grotere opname, mogelijk omdat de vlakke wanden een groter oppervlaktecontact hebben met de cellen.

Dus, algemeen, schrijven de onderzoekers, "Onze gegevens tonen aan dat elastische kubusvormige capsules belangrijke biologische kenmerken hebben, die hun verdere ontwikkeling voor kankertherapie kunnen rechtvaardigen."

De volgende stap voor Kharlampieva en haar collega's is het testen van de biologische betekenis, kijken naar hoe veranderingen in vormen en elasticiteit het lot en de bestemmingen van deze polymere microcapsules in de bloedbanen van muizen beïnvloeden.

Details

Om de bollen en kubussen te vervaardigen, Kharlampieva en collega's beginnen met solide steigers - ofwel een bolvormig deeltje van siliciumdioxide of een kubisch kristal van mangaancarbonaat. Vervolgens bekleden ze de deeltjes met vijf dubbellagen polymeren, met behulp van looizuur en poly(N-vinylpyrrolidon). Voor de vaste microcapsules, ze laten de steigers staan. Voor de elastische microcapsules, ze verwijderen de steigers met een zuur of een chelaatvormer.

De resulterende microcapsules zijn in water oplosbaar, niet giftig en biologisch afbreekbaar, die bij hen past voor het werk van gecontroleerde medicijnafgifte, en de polymeerwanden van deze vormen zijn slechts 50 nanometer dik. Hun elasticiteit wordt gemeten met een atoomkrachtmicroscoop, en ze zijn zo klein dat een lijn van 12, 700 van de microcapsules zouden 1 inch meten.

Kharlampieva's onderzoek naar de effecten van vorm en elasticiteit komt voort uit de simpele observatie dat lichaamscellen die door de bloedbaan reizen niet bolvormig zijn en behoorlijk elastisch.

De krant, "Kubische vorm verbetert de interactie van laag-voor-laag polymere deeltjes met borstkankercellen, " werd gepubliceerd in Geavanceerde materialen voor de gezondheidszorg .