Voor de eerste keer, onderzoekers van de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign hebben aangetoond dat het succes van de levering van medicijnen uit nanodeeltjes in een cel kan worden gekwantificeerd.

"We kunnen precies zien hoeveel medicijn er op een bepaald tijdstip uit de drager is afgegeven, " verklaarde Dipanjan Pan, assistent-professor Bioengineering in Illinois. "Voor zover wij weten, dit is het eerste voorbeeld van een eenstaps, gemakkelijke procedure om pro-drug-gepassiveerde koolstofnanodeeltjes te synthetiseren. Het resultaat is significant en kan uiteindelijk helpen om de werkzaamheid van de therapie te vergroten en ons beter te helpen begrijpen wat de cellulaire invoer van nanodeeltjes en de afgifte van geneesmiddelen stimuleert.

"Hoewel nanotechnologie een ontluikend veld is, het potentieel voor het opsporen en behandelen van menselijke ziekten is fascinerend, " voegde Pan eraan toe. "Maar, om ervoor te zorgen dat deze opwindende technologieën die kleine agentia omvatten, evolueren naar menselijk gebruik, we moeten de mechanismen die ten grondslag liggen aan hun intracellulaire opname binnen onze complexe biologische netwerken volledig begrijpen. Het is ook van groot belang om een ​​robuuste manier te vinden om de medicijnafgifte te controleren om het succes van het proces te meten."

Pan legde uit dat de huidige platformen voor medicijnafgifte te maken hebben met grote lasten (bijv. het immuunsysteem ontwijken om het doelweefsel te bereiken). Aangezien deze bestelwagens op weg naar hun doel op meerdere hindernissen stuiten, voortijdige afgifte van de medicijnen uit de lading leidt vaak tot niet-succesvolle resultaten.

"Een fundamenteel begrip van de basiswetenschap van deeltjestransport zal resulteren in het slagen van het vermogen om de medicijnafgifte te controleren en te manipuleren, " zei Pan. "In dit werk, stellen we kritische vragen zoals, 'Hoeveel medicijn komt er vrij uit het nanodeeltje als de deeltjes de cellen binnenkomen?' 'Is er een manier om de voortgang van dit leveringsproces te volgen?' 'Hoe kunnen we de hoeveelheid van het medicijn kwantificeren die al uit het deeltje is vrijgekomen en hoeveel er nog in zit?'"

Vroeger, onderzoekers hebben aangetoond dat het vrijkomen van het medicijn in reageerbuizen kan worden bestudeerd; echter, de kwantificering is niet triviaal in de aanwezigheid van een levende cel.

"Ruimtelijke en spectrale informatie van een nanodrager en zijn nuttige lading is cruciaal voor de vooruitgang van op luminescentie gebaseerde beeldvorming, ziekte detectie, en behandeling in een complexe biologische omgeving, " zei Santosh Misra, een postdoctoraal medewerker in Illinois en eerste auteur van het artikel dat verschijnt in Geavanceerde functionele materialen . "Voor de eerste keer, dat laten we zien, door gebruik te maken van een hyperspectrale beeldvormingstechniek, dit kan worden bereikt. Onze resultaten toonden aan dat we de hoeveelheid van het medicijn die op een bepaald moment uit het deeltje is vrijgekomen, precies in kaart kunnen brengen. We werpen ook licht op het mechanistische pad van het nanodeeltje, waardoor het wordt geïnternaliseerd in een kankercel."

Pan's onderzoeksgroep ontwierp drie systemen bestaande uit bolvormige, zwitterionic (een neutraal molecuul met zowel positieve als negatieve elektrische ladingen) en fosfolipide-gestabiliseerde nanodeeltjes als een modelsysteem voor het afleveren van fluorescerende en niet-fluorescerende geneesmiddelen - wat het concept demonstreert met een door de FDA goedgekeurd geneesmiddel tegen kanker op borstkankercellen.

"De resultaten toonden aan dat de nanodeeltjes en therapeutische middelen gelijktijdig in kaart kunnen worden gebracht en gemeten, behoudens de eis van een kleurstof, waardoor nieuwe wegen worden geboden in spatiotemporele karakterisering en synchrone detectie en kwantificering van lading en vervoerder, " zei Pan. "Ik verwacht dat onze resultaten de biomedische gemeenschap zullen helpen om het niveau van controle te heroverwegen dat nodig is bij het werken met dragers van medicijnafgifte, en uiteindelijk zal een veel (meer) doeltreffend therapeutisch resultaat worden voorzien."