В многообещающей области нанотехнологий ученые уже знают, что размер имеет значение.
Но теперь исследователи из Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл показали, что форма имеет еще большее значение - открытие, которое может привести к новым и более эффективным методам лечения рака и других заболеваний, от диабета и рассеянного склероза до артрит и ожирение.
Группа исследователей под руководством Джозефа Дезимоуна, доктора философии, выдающегося профессора химии Канцлера Колледжа искусств и наук Университета Северной Каролины, и Уильяма Р. Кенан-младший, заслуженный профессор химического машиностроения в Университете штата Северная Каролина, и Стефани Граттон, аспирант лаборатории Дезимоуна, продемонстрировали, что наночастицы, разработанные с определенной формой, размером и химическим составом поверхности, проникают в клетки и ведут себя по-разному внутри клеток. в зависимости от этих атрибутов.
Их выводы опубликованы в раннем онлайн-выпуске журнала PNAS, The Proceedings of the National Academy of Sciences, от 5 августа.
Использование наночастиц для борьбы с раком представляет интерес для многих исследователей. На протяжении десятилетий лечение этого заболевания в основном заключалось в инъекциях пациентам токсичных препаратов - практика, при которой лишь часть лекарств достигает намеченной цели, убивая при этом здоровые клетки и вызывая вредные побочные эффекты..
Предыдущие исследования показали, что наночастицы, несущие лекарства, могут воздействовать на опухоли, отчасти из-за их чрезвычайно малого размера - менее 100 нанометров (один нанометр=одна миллиардная часть метра), что позволяет им проходить через клеточные мембраны. Однако до сих пор существующие методы означали, что целевые агенты можно было доставить только с использованием частиц сферической или гранулированной формы.
Использование технологии PRINT® (Репликация частиц в несмачивающих шаблонах) - метода, изобретенного в лаборатории Дезимоуна, который позволяет ученым разрабатывать и производить наночастицы «на заказ» - исследователи из Университета Северной Каролины создали частицы с определенной формой, размером и поверхностные заряды. Дезимоун сказал, что цель состоит в том, чтобы оптимизировать свойства частиц для конкретных терапевтических целей.
«Это означало бы, что мы могли бы доставлять более низкие дозы лекарств к определенным клеткам и тканям в организме и на самом деле быть более эффективными в лечении рака», - сказал Дезимоун, который также является членом Комплексного онкологического центра UNC Lineberger. и соруководитель Центра передового опыта в области раковых нанотехнологий в Каролине.
Создавая частицы разных размеров, исследователи из Университета Северной Каролины меняли одну переменную за раз и экспериментировали с различными химическими составами поверхности. Затем они инкубировали различные частицы с клетками эпителия карциномы шейки матки человека (HeLa), отслеживая каждый тип, чтобы увидеть, какие из них поглощаются наиболее эффективно.
Например, ученые обнаружили, что длинные стержнеобразные частицы (диаметром 150 нанометров, высотой 450 нанометров) усваиваются клетками примерно в четыре раза быстрее, чем частицы с меньшим соотношением сторон (диаметр 200 нанометров, высота, 200 нанометров), а также проникла значительно дальше в клетки.
Граттон заметил, что такое же явление наблюдается и в естественных организмах.
«Длинная палочковидная структура бактерий может помочь объяснить, почему частицы PRINT® с более высоким соотношением размеров усваиваются быстрее и эффективнее, чем частицы с меньшим соотношением размеров», - сказала она. «Если мы сможем создать частицы, основанные на тех же механизмах, которые природа усовершенствовала для бактерий, мы сможем открыть ключ к более эффективной и действенной доставке терапевтических средств для лечения и лечения болезней."
Liquidia Technologies, дочерняя компания UNC, имеет эксклюзивную лицензию на технологию PRINT® и разрабатывает инженерные наночастицы для доставки нуклеиновых кислот и низкомолекулярных терапевтических средств. Liquidia также спонсирует исследования в лаборатории DeSimone. Главный исполнительный директор компании Нил Фаулер сказал, что результаты исследования должны представлять интерес для биофармацевтической отрасли.
Мы рады внести свой вклад в важную работу, которую профессор Дезимоун и его студенты проводят в области наномедицины. Эта работа дает ответы на ключевые вопросы о роли формы и размера частиц, которые лидеры отрасли задавали некоторым время, - сказал Фаулер.
Исследование финансировалось Национальным научным фондом, Национальными институтами здравоохранения, Центром передового опыта в области раковых нанотехнологий Каролины, профессорством Уильяма Р. Кенана и Liquidia Technologies.
Другими исследователями UNC, которые внесли свой вклад в исследование, являются Патрисия Ропп, доктор философии. Д., Патрик Полхаус, доктор философии, Кристофер Люфт, доктор философии. и Мэри Нэпьер, доктор философии, с химического факультета и Центра передового опыта в области раковых нанотехнологий Каролины, а также Виктория Мэдден, доктор философии, с отделения патологии Медицинской школы.