Onderzoekers van de Indiana University hebben ontdekt dat nanodeeltjes die medicijnen afleveren zich op verschillende manieren hechten aan hun doelwitten op basis van hun positie wanneer ze elkaar ontmoeten, zoals balzaaldansers die hun bewegingen veranderen met de muziek.

De studie, gepubliceerd op 13 november in het tijdschrift ACS Nano , is significant omdat de "beweging" van therapeutische deeltjes wanneer ze binden aan receptorplaatsen op menselijke cellen, zou kunnen wijzen op de effectiviteit van medicamenteuze behandelingen. De effectiviteit van immunotherapie, die het eigen immuunsysteem van het lichaam gebruikt om ziekten zoals kanker, hangt gedeeltelijk af van het vermogen om de sterkte van cellulaire bindingen te "afstemmen", bijvoorbeeld.

"Vaak, de effectiviteit van een medicijn is niet gebaseerd op het al dan niet binden aan een gerichte receptor op een cel, maar hoe sterk het bindt, " zei Yan Yu, een assistent-professor aan het IU Bloomington College of Arts and Sciences' Department of Chemistry, die de studie leidde. "Hoe beter we deze processen kunnen observeren, hoe beter we kunnen screenen op de therapeutische effectiviteit van een medicijn."

Tot deze studie, onderzoekers dachten dat deeltjes langzamer gingen werken en vast kwamen te zitten wanneer ze zich aan een receptor op een cel bonden.

"Maar we zagen ook iets nieuws, " zei Yu. "We zagen dat de deeltjes anders draaiden op basis van wanneer ze vast kwamen te zitten in binding aan hun receptoren."

Dit is nog nooit eerder gezien, want als moleculaire beweging een wals is, toen keken wetenschappers maar naar één enkele danseres.

Om hun studie uit te voeren, Yu's team stelde danspartners voor. Dit waren twee nanodeeltjes - een groen geverfd, het andere rood - dat samen een enkele beeldmerker vormde die zichtbaar was onder een fluorescentiemicroscoop. Deze "nanoprobe" werd vervolgens gecamoufleerd met een celmembraancoating van een T-lymfocyt, een type witte bloedcel dat een rol speelt in het immuunsysteem van het lichaam.

Door de twee kleuren konden de onderzoekers tegelijkertijd de "rotatiebeweging" - op zijn plaats cirkelen - en "translationele beweging" - beweging door de fysieke ruimte - van het deeltje observeren voordat het zich aan de cel hechtte.

"We ontdekten dat de deeltjes begonnen met willekeurige rotatie, verplaatst naar schommelende beweging, dan een cirkelende beweging en tenslotte een beperkte cirkelende beweging, "Zei Yu. "De waarneming van dit brede scala aan rotatiebewegingen - en de overgang van de ene vorm naar de andere op verschillende tijdstippen - is volledig nieuw."

Bovendien, de onderzoekers waren in staat om deze verschillende bewegingen te verbinden met verschillende hechtsterkten.

De groep koos ervoor om de synthetische deeltjes te "camoufleren" met celmembranen omdat deze deeltjes niet op dezelfde manier door het immuunsysteem van het lichaam als vreemde voorwerpen worden geëlimineerd als conventionele synthetische deeltjes. Het gebruik van lichaamseigen celmembranen elimineert ook de noodzaak om ingewikkelde oppervlaktekenmerken te ontwerpen die zich aan specifieke cellen binden, aangezien ze al aanwezig zijn in de bestaande membranen.

Het volgen van het "walsen" van gecamoufleerde T-lymfocyten om hun gerichte binding aan tumorcellen te begrijpen, is de volgende fase van hun onderzoek, zei Yu.