(PhysOrg.com) – Forskare vid Washington University i St. Louis har utvecklat en polymerbelagd guld-nanocage som inte bara öppnas som svar på ljus för att frigöra en liten mängd av en läkemedelsnyttolast, men stänger sedan när ljuset släcks, lämnar denna nanoenhet redo att leverera ytterligare en dos läkemedel på kommando. Frigör noggrant titrerade mängder av ett läkemedel endast nära den vävnad som är läkemedlets avsedda mål, detta tillförselsystem har potential att maximera ett läkemedels fördelaktiga effekter samtidigt som det minimerar dess biverkningar.
Detta jobb, leds av Younan Xia, Ph.D., publicerades i tidskriften Naturmaterial .
Nyckeln till nanocagens lyhördhet för ljus ligger i ett fysiskt fenomen som kallas ytplasmonresonans. En del av elektronerna i guldnanohuset är inte förankrade till enskilda atomer utan bildar istället en fritt flytande elektrongas. Ljus som faller på dessa elektroner kan driva dem att svänga som en. Denna kollektiva svängning, ytan plasmon, inträffar vid en viss våglängd, eller färg, det beror på tjockleken på burens väggar. När mer guld avsätts på burarna och deras väggar tjocknar, en suspension av nanocages skiftar från rött till våglängder i det nära-infraröda. Biologiska vävnader är till stor del genomskinliga för nära-infrarött ljus.
Ytplasmonresonansen har faktiskt två delar. Vid resonansfrekvensen, ljus kan spridas från burarna, absorberas av dem, eller en kombination av dessa två processer. Det är absorptionskomponenten som forskarna utnyttjar för att öppna och stänga nanocages. När nanocages absorberar ljus, de blir varma, utlöser en förändring i en speciell polymer som svarar på värme på ett intressant sätt. Polymeren, poly(N-isopropylakrylamid), och dess derivat har vad som kallas en kritisk temperatur. När de når denna temperatur genomgår de en omvandling som kallas en fasförändring.
Om temperaturen är lägre än den kritiska temperaturen, polymerkedjorna är vattenälskande och sticker ut från buren som penslar. Borstarna tätar burens porer och förhindrar att dess last läcker ut. Men när guldburen reagerar på ljus och värms över den kritiska temperaturen, polymerkedjorna skyr vatten, krympa ihop och kollapsa. När de krymper, porerna i buren öppnar sig, släpper dess innehåll. Mängden läkemedel som diffunderar ut ur burarna beror på hur länge burarna håller sig varma, vilket i sin tur beror på hur länge ljuset lyser på dem.
För att denna öppna-och-stäng-process ska vara medicinskt användbar, utredarna skräddarsydda polymerens kritiska temperatur till att falla över kroppstemperaturen (37 °C) men väl under 42 °C, den temperatur vid vilken värme skulle börja döda celler. Tester med doxorubicin-laddade nanocages visade att ljus utlöste läkemedelsfrisättning som förväntat, utlöser döden av bröstcancerceller som växer kultur.
Detta arbete är detaljerat i en artikel med titeln, "Guldnanocages täckta av smarta polymerer för kontrollerad frisättning med nära-infrarött ljus." En sammanfattning av denna artikel finns tillgänglig på tidskriftens webbplats.
Tillhandahålls av National Cancer Institute (nyheter:webb)
