A*STAR-onderzoekers hebben deeltjes voor medicijnafgifte op nanoschaal ontwikkeld die hun omgeving kunnen waarnemen, en hun lading pas vrijgeven nadat ze een cel zijn binnengegaan, een ontdekking die veel bestaande medicijnen effectiever zou kunnen maken.

De nieuwe nanodeeltjes, ontwikkeld door Zibiao Li van het A*STAR Institute of Materials Research and Engineering en zijn medewerkers, zijn een belangrijke upgrade van eerdere generaties op polymeren gebaseerde nanodeeltjes voor medicijnafgifte. Vroege voorbeelden bestonden meestal uit eenvoudige polymeerketens met een polaire, hydrofiele kop en een niet-polaire, hydrofobe staart. In water, deze ketens aggregeren van nature in bollen, met hun hydrofobe staarten allemaal naar binnen gericht om een ​​niet-polaire kern te vormen. De kern vormde een goede plek voor medicijnmoleculen om zich te nestelen. In de bloedbaan, echter, deze aggregaten hebben de neiging om uit elkaar te worden gescheurd.

Li en zijn collega's gebruikten de nieuwste polymeersynthesetechnieken om nanodeeltjes met één molecuul te maken. In plaats van een zelf-geassembleerd aggregaat van afzonderlijke polymeren, het team synthetiseerde een robuustere structuur waarin de polymeerketens sterk covalent gebonden waren aan een centrale kern. De synthese begon met beta-cyclodextrine, een cirkelvormig suikermolecuul met 21 hydroxylgroepen op het oppervlak. De hydroxylgroepen vormden de chemische ankers waaruit het team de meervoudige lange, Y-vormig, multifunctionele polymeer armen.

"De grootste uitdaging bij het maken van het [nanodeeltje] was om verschillende synthetische methoden te integreren in één macromoleculair ontwerp, " zegt Li. Aan een van de uiteinden van elke Y-vormige tak, het team bevestigde een temperatuurgevoelig polymeer genaamd PNIPAM. Bij kamertemperatuur strekt het PNIPAM-polymeer zich naar buiten uit, maar stort in zodra lichaamstemperatuur, 37 graden Celsius, is bereikt, waardoor de lading van het medicijnmolecuul van het nanodeeltje kan ontsnappen.

Halverwege elke polymeerarm, het team installeerde een zwavel-zwavelbinding. Wanneer de deeltjes een cel binnenkomen, ze voldoen aan hoge niveaus van glutathion, een molecuul dat zwavel-zwavelbindingen splitst. Zo wordt de buitenste polymeerlaag van het nanodeeltje afgeknipt, en het medicijn komt nog sneller vrij.

Toen het team dit effect testte met een middel tegen kanker genaamd doxorubicine, het dual-action effect was duidelijk. "De verandering van kamertemperatuur naar lichaamstemperatuur, en het effect van glutathion, toonde synergetische en snelle afgifte van het medicijn, " zegt Li. Bij lagere temperaturen, of bij afwezigheid van glutathion, geneesmiddelafgifte was aanzienlijk langzamer, hij zegt.

"Het volgende plan is om nieuwe functionaliteit te integreren, voor nauwkeurige afgifte van het medicijn voor gerichte kankertherapie, ", zegt Li. Het ene uiteinde van elke Y-vormige tak kan worden gefunctionaliseerd met een molecuul dat selectief aan kankercellen hecht, het medicijn precies daar afleveren waar het nodig is.