211service.com
La forma conta per le nanoparticelle
Secondo un nuovo studio, le nanoparticelle modellate per assomigliare a determinati batteri possono infiltrarsi più facilmente nelle cellule umane. I risultati suggeriscono che l'alterazione della forma delle nanoparticelle può renderle più efficaci nel trattamento delle malattie.
Invasori cellulari: Le nanoparticelle cilindriche scivolano facilmente nelle cellule. Potrebbero essere usati per somministrare farmaci ai tessuti cancerosi.
Giuseppe De Simone , professore di chimica e ingegneria chimica presso l'Università della Carolina del Nord a Chapel Hill e alla North Carolina State University, ha testato come nano e microparticelle a forma di cubi, cilindri tozzi e lunghe aste sono state assorbite nelle cellule umane in coltura. Ha scoperto che lunghe particelle a forma di bastoncino scivolavano nelle cellule a una velocità quattro volte superiore a quella di forme cilindriche corte con volumi simili. DeSimone, che ha riportato i risultati questa settimana nel Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , osserva che le nanoparticelle più veloci assomigliano a certi tipi di batteri che sono bravi a infettare le cellule. Molti batteri simili a bastoncelli entrano rapidamente nelle cellule, dice. Usando la stessa dimensione e forma, anche le nostre particelle entrano molto rapidamente.
I ricercatori sospettano da tempo che imitare le forme distintive di batteri, funghi, cellule del sangue, persino il polline, potrebbe migliorare la capacità delle nanoparticelle di fornire farmaci alle cellule malate del corpo. Ma è stato difficile verificare questo sospetto. Ciò che serve è un modo per creare rapidamente miliardi di particelle di dimensioni, chimica e forma identiche e quindi variare sistematicamente questi parametri per apprendere quale effetto hanno.
DeSimone ha sviluppato un modo per progettare e testare facilmente un'ampia varietà di forme di particelle, controllando allo stesso tempo le dimensioni e la composizione chimica. Ad esempio, può creare particelle di varie forme - boomerang, ciambelle, dadi esagonali, cilindri, cubi - mantenendo le dimensioni costanti. Può anche creare particelle a forma di boomerang di varie dimensioni, o mantenere dimensioni e forma costanti e variare solo la composizione chimica delle particelle. Il processo offre ai ricercatori un livello di controllo senza precedenti, afferma, il che rende facile testare rapidamente come la modifica dei vari parametri delle nanoparticelle, inclusa la forma, influenzi il modo in cui si comportano nei tessuti.
Multimedia
Scopri come creare nanoparticelle a forma di boomerang.
Storicamente, la maggior parte del lavoro con le particelle è stato svolto con particelle sferiche perché creare particelle di forme diverse è stato molto impegnativo, afferma Samir Mitragotri , professore di ingegneria chimica presso l'Università della California, Santa Barbara. DeSimone dimostra una tecnologia molto potente che mostra [che] particelle di diverse forme e materiali possono essere preparate, dice Mitragotri. Va ben oltre gli strumenti attuali. Aggiunge che il documento mostra che la forma fa una grande differenza nella risposta biologica.
DeSimone ha anche identificato i precisi meccanismi con cui le cellule assorbono particelle di forme diverse. Questi meccanismi determinano dove finiscono le particelle all'interno della cellula. Questi nuovi dati potrebbero aiutare i ricercatori a progettare particelle che raggiungono particolari compartimenti all'interno di una cellula che hanno un livello noto di acidità. I ricercatori potrebbero quindi mettere a punto le particelle in modo che si rompano e rilascino il loro carico solo una volta raggiunto il compartimento desiderato. In questo modo, le particelle rilasceranno farmaci solo all'interno delle cellule mirate, lasciando illese le cellule sane.
DeSimone sta usando la sua tecnica di produzione per produrre nanoparticelle che forniscono farmaci alle cellule tumorali. Sta iniziando sperimentazioni sui topi per un certo numero di tipi di cancro: al seno, alle ovaie, al collo dell'utero, ai polmoni, alla prostata e al linfoma. È in grado di condurre così tante prove perché è facile aggiungere diverse molecole di trattamento alle sue particelle. Le particelle sviluppate per colpire il cancro al seno possono essere facilmente modificate per colpire il cancro ai polmoni, ad esempio. Durante i test, DeSimone varierà sistematicamente dosi, dimensioni e così via per determinare le combinazioni meno tossiche e più efficaci. Ora puoi colpire molti tumori diversi e guardare quali sono i parametri di progettazione più efficaci che puoi inserire nel sistema, dice.
DeSimone ha sviluppato particelle che assomigliano ai globuli rossi per dimensioni, forma e flessibilità per aiutarli a circolare nel flusso sanguigno senza essere rimosse dalle barriere biologiche. (Li sta testando sugli animali come potenziale base per il sangue artificiale.) Sta anche testando lunghe particelle simili a vermi che non possono essere facilmente consumate dai macrofagi. La particella deve superare così tanti ostacoli prima di raggiungere la sua destinazione, dice Mitragotri. In precedenza, i ricercatori si limitavano a modificare le dimensioni e la chimica delle particelle. L'aggiunta della capacità di controllare la forma fornisce un grande impulso nel superare questi ostacoli, afferma Mitragotri.