Het selecteren van de juiste verpakking om kostbare vracht van punt A naar punt B te krijgen, kan een ontmoedigende taak zijn op het postkantoor. Al enige tijd, wetenschappers hebben met een soortgelijke reeks vragen geworsteld bij het verpakken van medicijnen voor levering in de bloedbaan:hoeveel verpakking houdt het veilig? Is het het juiste verpakkingsmateriaal? Is het te groot? Is het te zwaar? Onderzoekers van de Drexel University hebben een nieuw type container ontwikkeld die perfect lijkt te passen bij de levering.

Intraveneuze medicatie heeft de afgelopen jaren grote sprongen gemaakt als een manier om aandoeningen direct aan te pakken waar ze zich in het lichaam voordoen. Maar het medicijn via de bloedbaan op de juiste plaats krijgen en het op het juiste moment vrijgeven, is geen gemakkelijke taak. Het lichaam is ontworpen om vreemde voorwerpen te detecteren en te elimineren, dus het succesvol ontwerpen van een vat voor gerichte medicijnafgifte vereist gelijke delen techniek en sluwheid.

"Bezorgingsvaten zijn traditioneel ontworpen om herkenning door het immuunsysteem te voorkomen door natuurlijk voorkomende materialen in het lichaam na te bootsen, zoals cellen of liposomen, " zei Christopher Li, doctoraat, een materiaalwetenschapsprofessor in Drexel's College of Engineering. "Maar het probleem met de eerder gemelde kunstmatige dragers is dat ze niet altijd duurzaam genoeg zijn om de verre uithoeken van het lichaam te bereiken."

Li en Hao Cheng, doctoraat, een assistent-professor aan het College of Engineering leidde een groep onderzoekers die een polymeerkristalbehuizing hebben ontwikkeld voor intraveneuze toediening van medicijnen. Hun werk, die onlangs in het tijdschrift werd gepubliceerd Natuurcommunicatie laat zien hoe deze "kristallen, " ontworpen om lang genoeg mee te gaan, intraveneuze reizen, kan langer meegaan dan de huidige kunstmatige verpakking van nanodeeltjes - wat betekent dat artsen het kunnen gebruiken om kwalen in het lichaam direct te behandelen, met precies de juiste hoeveelheid medicatie.

"Kristalsomen bootsen structureel de klassieke liposoom en polymersomen na die worden gebruikt voor medicijnafgifte, maar mechanisch zijn ze robuuster dankzij hun enkele kristalachtige schaal, ' zei Li.

In bloedcirculatie- en biodistributie-experimenten, Li's polymeerkristallomen hebben een halfwaardetijd van 24 uur en kunnen meer dan 96 uur in de bloedbaan blijven - cijfers die veel hoger zijn dan de huidige injecteerbare medicatie.

"Kristalsomen zijn nauw afgesloten, zodat medicatie niet wordt vrijgegeven totdat het de doellocaties bereikt. Zo kan medicatie in hogere doses worden toegediend, zoals gewenst, tegen aandoeningen in het lichaam, zonder ernstige bijwerkingen te veroorzaken die verband houden met de vroege afgifte van het geneesmiddel, " zei Li. "En een meer directe intraveneuze levering betekent dat behandelingen waarschijnlijk effectiever zullen zijn."

Li's groep combineerde zijn unieke werk aan het kweken van kristallen bollen en zelf-geassembleerde nanoborstels om deze speciale capsule te produceren die net dik genoeg is om het medicijn veilig te omhullen, en bevat ook een reeks polymeerstrengen die de eiwitten kunnen afweren die vreemde lichamen markeren voor verwijdering.

De methode voor het maken van de crystalsomen, die Li's Soft Materials Lab in eerste instantie ontwikkelde in 2016, lijkt op het combineren van olie en water om zwevende vloeibare kralen te maken. In deze toepassing, de kralen kapselen twee soorten polymeerstrengen in die, wanneer afgekoeld, condenseren tot de vaste stof, eischaalachtig bolvormig kristalsoom, het beschermen van de dooierachtige lading binnenin.

Terwijl een set polymeren, genaamd poly L-lactide zuur of PLLA, trekken samen om het gegolfde omhulsel van de bol te vormen, de andere variëteit, polyethyleenglycol of PEG, onder de aandacht komen als snorharen op het oppervlak. Van PEG-polymeren is bekend dat ze voorkomen dat eiwitten zich hechten aan vaste oppervlakken, dus de uniforme verdeling van deze polymeren aan de buitenkant van het kristalsoom voorkomt dat het door de eiwitten van het immuunsysteem wordt gemarkeerd als een lichamelijke indringer.

"Bij elkaar genomen, deze kenmerken geven het kristalsoom zijn superieure uithoudingsvermogen in de bloedbaan, " zei Chen, wiens onderzoeksgroep is gespecialiseerd in technische moleculen voor intraveneuze toediening van geneesmiddelen.

De ontdekking biedt een strategie voor het produceren van lang circulerende nanomaterialen, wat zou kunnen leiden tot een nieuwe klasse van polymere nanodeeltjesdragers voor medicijnafgifte en gentherapie, volgens de onderzoekers.

"De ingenieuze, gebogen, polymeerkristal nanocapsules die hier worden vermeld, blijven robuust terwijl ze in het bloed circuleren, een potentieel belangrijke functie voor het toedienen van medicijnen en gentherapieën, " zei Andrew Lovinger, de programmamedewerker voor materiaalonderzoek die toezicht hield op de financiering van het werk door de National Science Foundation. "NSF is er trots op dit belangrijke onderzoek te hebben ondersteund, die de missies van het bureau integreert om de vooruitgang van de wetenschap te bevorderen en bij te dragen aan de verbetering van de gezondheid van het land."