Ett internationellt samarbete ledd av kemister och ingenjörer från University of Pennsylvania har förberett ett bibliotek av syntetiska biomaterial som efterliknar cellmembran och som visar lovande i riktad leverans av cancerläkemedel, genterapi, proteiner, imaging och diagnostiska medel och kosmetika säkert till kroppen i det framväxande området som kallas nanomedicin.

Studien visas i det aktuella numret av tidskriften Vetenskap .

Forskningen ger den första beskrivningen av preparatet, strukturera, självmonterande och mekaniska egenskaper hos vesikler och andra utvalda komplexa nanosammansättningar gjorda av Janus dendrimerer.

De så kallade dendrimersomerna är stabila, tvåskiktsvesiklar som spontant bildas från den exakta kemiska sammansättningen av Janus dendrimerer. Teamet rapporterade en myriad av dubbellagerkapselpopulationer, enhetlig i storlek, stabil i tid i en mängd olika medier och temperaturer, som är avstämbara genom temperatur och kemi med överlägsna mekaniska egenskaper till vanliga liposomer och ogenomträngliga för inkapslade föreningar. De kan inkorporera porbildande proteiner, kan monteras med strukturriktande fosfolipider och blocksampolymerer och erbjuda en molekylär periferi lämplig för kemisk funktionalisering utan att påverka deras självmontering.

Medförfattare Virgil Percec från Penns Department of Chemistry och Daniel A. Hammer från Penns Department of Bioengineering, sällskap av Frank Bates och Timothy Lodge från University of Minnesota, Michael Klein från Temple University och Kari Rissanen från Jyväskylä University, i Finland, har kemiskt kopplade hydrofila och hydrofoba dendroner för att skapa amfifila Janus-dendrimerer med en rik palett av morfologier inklusive kubosomer, diskar, tubulära vesiklar och spiralformade band och bekräftade de sammansatta strukturerna med användning av kryogen transmissionselektronmikroskopi och fluorescensmikroskopi.

"Dendrimersomer förenar stabiliteten och mekaniska styrkan som kan erhållas från polymersomer, vesiklar gjorda av blocksampolymerer, med den biologiska funktionen av stabiliserade fosfolipidliposomer, sa Percec, P. Roy Vagelos ordförande och professor i kemi vid Penn, "men med överlägsen enhetlighet i storlek, lätt att bilda och kemisk funktionalisering."

"Dessa material visar speciellt lovande eftersom deras membran är tjocka som naturliga dubbelskiktsmembran, men de har överlägsna och avstämbara materialegenskaper, sa Hammer, Alfred G. och Meta A. Ennis professor i bioteknik vid Penn. "På grund av deras membrantjocklek, det kommer att vara enklare att införliva biologiska komponenter i vesikelmembranen, såsom receptorer och kanaler."

"Ingen annan enskild klass av molekyler inklusive blocksampolymerer och lipider är känd för att samlas i vatten till en sådan mångfald av supramolekylära strukturer, sa Bates, Regents professor och chef för avdelningen för kemiteknik och materialvetenskap vid University of Minnesota.

Självmonterade nanostrukturer, erhållna från naturliga och syntetiska amfifiler, tjänar allt mer som efterliknande av biologiska membran och möjliggör riktad leverans av läkemedel, nukleinsyror, proteiner, genterapi och avbildningsmedel för diagnostisk medicin. Utmaningen för forskarna är att skapa dessa exakta molekylära arrangemang som kombineras för att fungera som säkra biologiska bärare samtidigt som de bär nyttolast inombords.

Janus dendrimeraggregat erbjuder flera fördelar för andra konkurrerande teknologier för leverans av nanopartiklar. Liposomer är efterliknande av cellmembran sammansatta av naturliga fosfolipider eller från syntetiska amfifiler, inklusive polymersomer. Men, liposomer är inte stabila, även vid rumstemperatur, och varierar mycket i storlek, kräver tråkig stabilisering och fraktionering för alla praktiska tillämpningar. Polymersomer, å andra sidan, är stabila men polydispersa, och de flesta av dem är inte biokompatibla, kräver vetenskaplig intervention för att kombinera de bästa egenskaperna hos båda för nanomedicin. Dendrimersomer ger stabilitet, monodispersitet, hållbarhet och mångsidighet, och de främjar avsevärt vetenskapen om självmonterade nanostrukturer för biologiska och medicinska tillämpningar.