Ett team av forskare vid University of Pennsylvania har utvecklat en datormodell som hjälper till att utforma nanobärare, mikroskopiska strukturer som används för att vägleda läkemedel till deras mål i kroppen. Modellen redogör bättre för hur ytorna på olika typer av celler böljas på grund av termiska fluktuationer, informera funktioner hos nanobärarna som hjälper dem att hålla sig till celler tillräckligt länge för att leverera sina nyttolaster.

Studien leddes av Ravi Radhakrishnan, en professor vid institutionerna för bioingenjör och kemisk och biomolekylär teknik vid Penn's School of Engineering and Applied Science, och Ramakrishnan Natesan, medlem i hans labb.

Richard Tourdot bidrog också till studien. en Radhakrishnan -labmedlem; David Eckmann, Horatio C. Wood -professor i anestesiologi och kritisk vård vid Penn's Perelman School of Medicine; Portonovo Ayyaswamy, Asa Whitney professor i maskinteknik och tillämpad mekanik i Penn Engineering; och Vladimir Muzykantov, professor i farmakologi i Penn Medicine.

Det publicerades i tidningen Royal Society Open Science .

Nanobärare kan utformas med molekyler på utsidan som endast binder till biomarkörer som finns på en viss celltyp. Denna typ av inriktning kan minska biverkningar, som när kemoterapidroger förstör friska celler istället för cancerceller, men biomekaniken i denna bindningsprocess är komplex.

Tidigare arbete av några av forskarna avslöjade ett kontraintuitivt förhållande som föreslog att det inte alltid är bättre att lägga till fler målmolekyler på nanobärarens yta.

En nanobärare med fler av de riktade molekylerna kan hitta och binda till många av motsvarande biomarkörer samtidigt. Även om en sådan konfiguration är stabil, det kan minska nanobärarens förmåga att skilja mellan friska och sjuka vävnader. Att ha färre målmolekyler gör nanobäraren mer selektiv, eftersom det kommer att få svårare att binda till frisk vävnad där motsvarande biomarkörer inte överuttrycks.

Teamets nya studie ger nya dimensioner till modellen för samspelet mellan mobilytan och nanobäraren.

"Själva cellytan är som ett husvagnstält på en blåsig dag i en öken, "Sa Radhakrishnan." Ju mer överskott i tyget, desto mer fladdrar tältet. Liknande, det mer överskott av cellmembranområdet på tältstolparna, 'cellens cytoskelet, desto mer fladdrar membranet på grund av termisk rörelse. "

Penn -teamet fann att olika celltyper har olika mängder av detta överskott av membranarea och att denna mekaniska parameter styr hur väl nanobärare kan binda till cellen. Redogör för fladdrande av membranet i deras datormodeller, förutom mängden målmolekyler på nanobäraren och biomarkörer på cellytan, har betonat vikten av dessa mekaniska aspekter för hur effektivt nanobärare kan leverera sina nyttolaster.

"Dessa designkriterier, "Radhakrishnan sa, "kan användas för att designa nanocarrier för en given patient eller patientkohort, visar därför en viktig väg framåt för anpassad nanocarrier -design i en tid med personlig medicin. "