Ett nytt system för kontrollerad leverans av farmaceutiska läkemedel har utvecklats av ett team av kemiingenjörer vid University of Rhode Island som använder nanopartiklar inbäddade i en liposom som kan utlösas av icke-invasiva elektromagnetiska fält.
Upptäckten av URI -professorerna Geoffrey Bothun och Arijit Bose och doktoranden Yanjing Chen publicerades i juninumret av ACS Nano .
Enligt Bothun, liposomer är små sfäriska strukturer i nanoskala gjorda av lipider som kan fånga olika läkemedelsmolekyler inuti dem för användning för att leverera dessa läkemedel till riktade platser i kroppen. De superparamagnetiska järnoxidnanopartiklarna som forskarna bäddar in i liposomens skal frisätter läkemedlet genom att göra skalet läckande när det värmeaktiveras i ett elektromagnetiskt växelströmsfält som arbetar vid radiofrekvenser.
"Vi har visat att vi kan kontrollera hastigheten och omfattningen av frisättningen av en modellläkemedelsmolekyl genom att variera nanopartikelbelastningen och magnetfältets styrka, " förklarade Bothun. "Vi får en snabb frisättning av läkemedlet med magnetfältsuppvärmning inom loppet av 30 till 40 minuter, och utan uppvärmning sker minimalt spontant läckage av läkemedlet från liposomen."
Bothun sa att liposomerna självmonterar sig eftersom delar av lipiderna är hydrofila - de har en stark affinitet för vatten - och andra är hydrofoba - de undviker vatten. När han blandar lipider och nanopartiklar i ett lösningsmedel, tillsätter vatten och avdunstar lösningsmedlet, materialen sätts automatiskt ihop till liposomer. De hydrofoba nanopartiklarna och lipiderna går samman för att bilda liposomens skal, medan de vattenälskande läkemedelsmolekylerna fångas inuti det sfäriska skalet.
"Konceptet med att ladda nanopartiklar i det hydrofoba skalet för att fokusera aktiveringen är helt nytt, " sa Bothun. "Det fungerar eftersom läckaget av skalet i slutändan är det som styr frisättningen av drogerna."
Nästa steg i forskningen är att designa och optimera liposom/nanopartikelsammansättningar som kan riktas mot cancerceller eller andra sjukdomsframkallande celler. In vitro cancercellstudier pågår redan i samarbete med URI-apoteksprofessor Matthew Stoner.
"Vi funktionaliserar liposomerna genom att tillsätta olika lipider för att hjälpa till att stabilisera och rikta in dem så att de kan söka upp särskilda cancercellstyper, "sa han." Vi bygger liposomer som kommer att fästa vid specifika celler eller tumörregioner. "
Bothun sa att forskning om nanomedicin visar mycket lovande, men det finns fortfarande många utmaningar att övervinna, och inriktningen av lämpliga celler kan vara den största utmaningen.
"All förmåga att rikta in sig på drogen är bättre än en drog som går överallt i ditt system och genererar effekter utanför målet, " han sa, noterar att håravfall och illamående från cancerläkemedel är resultatet av de höga läkemedelskoncentrationer som behövs för behandling och läkemedlets påverkan på icke-målceller. "Om du kan få en sammansättning till en riktad webbplats utan att förlora innehållet i processen, det är den heliga gralen."
