Nanodeeltjes zijn veelbelovende hulpmiddelen voor medicijnafgifte, de mogelijkheid bieden om medicijnen rechtstreeks aan een specifiek deel van het lichaam toe te dienen en de vreselijke bijwerkingen te vermijden die zo vaak worden gezien bij chemotherapeutica.

Maar er is een probleem. Nanodeeltjes worstelen om voorbij de eerste verdedigingslinie van het immuunsysteem te komen:eiwitten in het bloedserum die potentiële indringers markeren. Daarom, slechts ongeveer 1 procent van de nanodeeltjes bereikt hun beoogde doel.

"Niemand ontsnapt aan de toorn van de serumeiwitten, " zei Eden Tanner, een voormalig postdoctoraal fellow in bio-engineering aan de Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS).

Nutsvoorzieningen, Tanner en een team van onderzoekers onder leiding van Samir Mitragotri, de Hiller Professor of Bioengineering en Hansjorg Wyss Professor of Biologically Inspired Engineering bij SEAS, hebben een ionisch krachtveld ontwikkeld dat voorkomt dat eiwitten zich binden aan en taggen van nanodeeltjes.

Bij muisexperimenten nanodeeltjes gecoat met de ionische vloeistof overleefden aanzienlijk langer in het lichaam dan ongecoate deeltjes en, verrassend genoeg, 50 procent van de nanodeeltjes bereikte de longen. Het is de eerste keer dat ionische vloeistoffen zijn gebruikt om nanodeeltjes in de bloedbaan te beschermen.

"Het feit dat deze coating ervoor zorgt dat de nanodeeltjes langs serumeiwitten glippen en een ritje maken op rode bloedcellen is echt verbazingwekkend, want als je eenmaal in staat bent om het immuunsysteem effectief te bestrijden, veel kansen openen zich, " zei Mitragotri, die ook een kernfaculteitslid is van het Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering van Harvard

Het onderzoek is gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang .

Ionische vloeistoffen, in wezen vloeibare zouten, zijn zeer afstembare materialen die een lading kunnen vasthouden.

"We wisten dat serumeiwitten nanodeeltjes in de bloedbaan opruimen door zich aan het oppervlak van het deeltje te hechten en we wisten dat bepaalde ionische vloeistoffen eiwitten kunnen stabiliseren of destabiliseren, " zei Tanner, die nu een assistent-professor scheikunde en biochemie is aan de Universiteit van Mississippi. "De vraag was kunnen we de eigenschappen van ionische vloeistoffen gebruiken om nanodeeltjes ongezien langs eiwitten te laten glijden."

"Het mooie van ionische vloeistoffen is dat elke kleine verandering die je aanbrengt in hun chemie resulteert in een grote verandering in hun eigenschappen, " zei Christine Hamadani, een voormalig afgestudeerde student aan SEAS en eerste auteur van het papier. "Door één koolstofbinding te veranderen, je kunt veranderen of het al dan niet eiwitten aantrekt of afstoot."

Hamadani is momenteel een afgestudeerde student aan het laboratorium van Tanner aan de Universiteit van Mississippi.

De onderzoekers bedekten hun nanodeeltjes met het ionische vloeibare choline-hexenoaat, die een afkeer heeft van serumeiwitten. Eenmaal in het lichaam, deze met ionenvloeistof gecoate nanodeeltjes leken zich spontaan te hechten aan het oppervlak van rode bloedcellen en circuleren totdat ze het dichte capillaire systeem van de longen bereikten, waar de deeltjes in het longweefsel afschoven.

"Dit liftfenomeen was echt een onverwachte ontdekking, "zei Mitragotri. "Voorgaande methoden van liften vereisten een speciale behandeling om de nanodeeltjes aan rode bloedcellen te hechten en zelfs dan, ze verbleven slechts ongeveer zes uur op een doellocatie. Hier, we toonden na 24 uur 50 procent van de geïnjecteerde dosis nog steeds in de longen."

Het onderzoeksteam moet nog steeds het exacte mechanisme begrijpen dat verklaart waarom deze deeltjes zo goed naar longweefsel reizen, maar het onderzoek toont aan hoe nauwkeurig het systeem kan zijn.

"Dit is zo'n modulaire technologie, " zei Tanner, die van plan is het onderzoek voort te zetten in haar laboratorium aan de Universiteit van Mississippi. "Elk nanodeeltje met een oppervlakteverandering kan worden gecoat met ionische vloeistoffen en er zijn miljoenen ionische vloeistoffen die kunnen worden afgestemd om verschillende eigenschappen te hebben. Je zou het nanodeeltje en de vloeistof kunnen afstemmen op specifieke locaties in het lichaam."

"Wij als veld hebben zoveel mogelijk hulpmiddelen nodig om het immuunsysteem te bestrijden en medicijnen te krijgen waar ze heen moeten, " zei Mitragotri. "Ionische vloeistoffen zijn de nieuwste tool op dat front."