Als het gaat om het afleveren van medicijnen, nanodeeltjes in de vorm van staafjes en wormen zijn de beste keuze voor het maken van de ontmoedigende reis naar het centrum van een cel, nieuw Australisch onderzoek suggereert.

Een nieuwe studie gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie heeft een al lang bestaande vraag beantwoord die zou kunnen leiden tot het ontwerp van betere voertuigen voor medicijnafgifte:hoe de vorm van nanodeeltjes de reis door de cel beïnvloedt.

"We waren in staat om voor het eerst aan te tonen dat nanodeeltjes in de vorm van staafjes en wormen effectiever waren dan bolvormige nanodeeltjes bij het passeren van intracellulaire barrières en dit stelde hen in staat helemaal in de kern van de cel te komen, ", zegt hoofdauteur UNSW's Dr. Elizabeth Hinde.

De studie werd geleid door chemici, ingenieurs, en medische onderzoekers van UNSW in een samenwerking tussen het Australian Research Council Centre of Excellence in Advanced Molecular Imaging en het Australian Research Council Centre of Excellence in Bio-Nano Science. De centra hebben beide hun hoofdkantoor aan de Monash University, met onderzoeksknooppunten bij UNSW in Sydney.

Het team paste voor het eerst een nieuwe microscopiemethode toe op medicijnafgifte, waardoor ze de beweging van verschillend gevormde nanodeeltjes door een enkele gekweekte kankercel konden volgen, met een zeer hoge temporele en ruimtelijke resolutie. Met behulp van deze methode, konden de onderzoekers lokaliseren waar drugs werden vrijgegeven, en hoe ze zich door de cel verspreiden.

Ze ontdekten dat het kankermedicijn, doxorubicine, was het meest effectief wanneer het de sterke maar poreuze cellulaire barrière kon doorbreken die de kern beschermt - het controlecentrum van de cel. belangrijk, ze ontdekten dat de vorm van nanodeeltjes invloed had op hoe goed het medicijn de barrière doorbrak.

dokter Hinde, een Associate Investigator op de Imaging CoE, zegt dat onderzoekers eerder de algehele verdeling van hun nanodeeltjes door een cel konden zien, maar had niet de microscopie-instrumenten om te begrijpen hoe deze lokalisatie was opgezet - een belangrijke beperking in onderzoek naar medicijnafgifte.

"Je moet weten hoe dingen op hun eindbestemming aankomen om ze daar te richten. Nu hebben we een hulpmiddel om deze ongelooflijke reis naar het centrum van de cel te volgen. Het betekent dat andere onderzoeksgroepen dit kunnen gebruiken om hun nanodeeltjes en medicijn te beoordelen leveringssystemen.

"Ze zullen kunnen uitzoeken hoe ze hun deeltjes kunnen aanpassen om de kern of andere structuren in de cel te bereiken, en peilen waar de lading wordt afgezet. Dit was voorheen niet mogelijk."

De vorm van de dingen die komen gaan:staaf, worm of bol?

Polymere nanodeeltjes zullen een cruciale rol spelen in de toekomst van de geneeskunde:deze ultrakleine deeltjes kunnen medicijnen bevatten om kankercellen aan te vallen en te doden, selectief medicijnen afleveren waar ze nodig zijn, en doorbraken opleveren in ziektediagnostiek en beeldvorming.

UNSW-ingenieurs fabriceerden vier soorten nanodeeltjes:één in de vorm van een staaf, een als een worm, en twee die bolvormig waren. Deze waren gelabeld met fluorescerende tags, en geïncubeerd in kankercellen. Door een nieuwe fluorescentiemicroscopiebenadering te combineren met wat statistische analyse, het team was in staat om een ​​duidelijk beeld te creëren van hoe elk deeltje door de cel ging.

Terwijl de bolvormige deeltjes werden geblokkeerd door de nucleaire envelop, de staaf- en wormvormige deeltjes konden er doorheen. Dit biedt een pad voor de ontwikkeling van deeltjes die kankercellen selectief kunnen targeten en doden, zonder de gezonde te schaden.

Dr. Hinde legt uit:"Kankercellen hebben een andere interne architectuur dan gezonde cellen. Als we de afmetingen van deze staafvormige nanodeeltjes kunnen verfijnen, dus ze gaan alleen door de cellulaire barrières in kankercellen en niet door gezonde, we kunnen sommige bijwerkingen van chemotherapie verminderen."

Kansen voor andere onderzoeksgroepen

"De impact voor het veld is enorm, " zegt Scientia Professor Justin Gooding van UNSW en het ARC Center of Excellence in Bio-Nano Science. "Het geeft ons de mogelijkheid om in de cel te kijken, kijk wat de deeltjes doen, en ontwerp ze om precies te doen wat we willen dat ze doen."

"En dit is niet alleen dankzij de microscoop, maar de informatie en gegevens die we kunnen extraheren uit de nieuwe analyseprocedures die we hebben ontwikkeld. Als andere onderzoeksgroepen kunnen leren hoe ze deze analyse moeten doen, ze kunnen de apparatuur al in hun lab gebruiken en morgen aan de slag, " zegt professor Gooding. "Mensen gaan zien, plotseling, dat ze allerlei nieuwe informatie over hun deeltjes kunnen krijgen."

De onderzoekers gaan binnenkort samenwerken met dr. John McGhee van UNSW Art &Design, die wetenschappelijke gegevens combineert, microscopie beelden, en computergegenereerde animatie om virtual reality-weergaven van de binnenkant van menselijke cellen en bloedvaten te creëren.

De kunstwerken stellen onderzoekers in staat om VR-wandelingen door het lichaam te visualiseren en te maken, en kan het ontwikkelingsproces van geneesmiddelen helpen versnellen.