Bilden visar en enkelpartikel elektronmikroskop tomografi rekonstruktion, som avslöjar att en helt sammansatt drogladdad nanodisk (röd) kan packas in i valvets lumen (grön) som en gångbar metod för valvmedierad läkemedelsleverans. Elektronmikrografen i bakgrunden visar negativt färgade valv som innehåller nanodiskar.
(PhysOrg.com) -- Det är ingen tvekan, läkemedel fungerar vid behandling av sjukdomar. Men kan de fungera bättre, och säkrare?
På senare år har forskare har brottats med utmaningen att administrera terapi på ett sätt som ökar deras effektivitet genom att rikta in sig på specifika celler i kroppen samtidigt som de minimerar deras potentiella skada på frisk vävnad.
Utvecklingen av nya metoder som använder konstruerade nanomaterial för att transportera läkemedel och släppa ut dem direkt i celler har stor potential inom detta område. Och medan flera sådana läkemedelsleveranssystem-inklusive några som använder dendrimerer, liposomer eller polyetylenglykol - har vunnit godkännande för klinisk användning, de har försvårats av storleksbegränsningar och ineffektivitet i exakt riktade vävnader.
Nu, forskare vid UCLA har utvecklat ett nytt och potentiellt mycket mer effektivt sätt att rikta läkemedelsleverans med hjälp av nanoteknik.
I en studie som ska publiceras i tidskriftens tryckta nummer 23 maj Små (och för närvarande tillgänglig online), de visar förmågan att paketera drogladdade "nanodiskar" till valv-nanopartiklar, naturligt förekommande nanoskala kapslar som har konstruerats för terapeutisk läkemedelsleverans. Studien representerar det första exemplet på att använda valv mot detta mål.
UCLA -forskargruppen leddes av Leonard H. Rome och inkluderade hans kollegor Daniel C. Buehler och Valerie Kickhoefer från UCLA Institutionen för biologisk kemi; Daniel B. Toso och Z. Hong Zhou från UCLA Institutionen för mikrobiologi, Immunologi och molekylär genetik; och California NanoSystems Institute (CNSI) vid UCLA.
Vault-nanopartiklar finns i cytoplasman i alla däggdjursceller och är ett av de största kända ribonukleoproteinkomplexen i sub-100-nanometerområdet. Ett valv är i huvudsak fatformad nanokapsel med en stor, ihålig interiör — egenskaper som gör dem mogna för ingenjörskonst till läkemedelsleveransfordon. Möjligheten att inkapsla terapeutiska föreningar med små molekyler i valv är avgörande för deras utveckling för läkemedelsleverans.
Rekombinanta valv är icke-immunogena och har genomgått betydande konstruktion, inklusive cell-ytreceptor-inriktning och inkapsling av ett stort antal proteiner.
"Ett valv är en naturligt förekommande proteinpartikel och därför orsakar det ingen skada på kroppen, "sade Rom, CNSI biträdande direktör och professor i biologisk kemi. "Dessa valv släpper ut terapier långsamt, som en sil, genom små, små hål, vilket ger stor flexibilitet för läkemedelsleverans. "
Den inre håligheten i den rekombinanta vault-nanopartikeln är tillräckligt stor för att rymma hundratals droger, och eftersom valv är lika stora som små mikrober, en valvpartikel som innehåller läkemedel kan lätt tas upp i målceller.
Med målet att skapa ett valv som kan inkapsla terapeutiska föreningar för läkemedelsleverans, UCLA doktorand Daniel Buhler utformade en strategi för att paketera en annan nanopartikel, känd som en nanodisk (ND), in i valvets inre hålighet, eller lumen.
"Genom att packa läkemedelsladdade ND i valvlumen, ND och dess innehåll skulle skyddas från det externa mediet, "Sa Buehler." Dessutom, med tanke på den stora valvinteriören, det är tänkbart att flera ND:er skulle kunna paketeras, vilket skulle öka den lokala läkemedelskoncentrationen avsevärt."
Enligt forskaren Zhou, professor i mikrobiologi, immunologi och molekylär genetik och chef för CNSI:s Electron Imaging Center for NanoMachines, elektronmikroskopi och röntgenkristallografistudier har avslöjat att både endogena och rekombinanta valv har ett tunt proteinskal som omsluter en stor inre volym på cirka 100, 000 kubik nanometer, som potentiellt kan innehålla hundratals till tusentals föreningar med liten molekylvikt.
"Dessa funktioner gör rekombinanta valv till ett attraktivt mål för teknik som en plattform för läkemedelsleverans, "Zhou sa." Vår studie representerar det första exemplet på att använda valv mot detta mål. "
"Valv kan ha en bred nanosystemapplikation som formbara nanokapslar, " tillade Rom.
De rekombinanta valven är konstruerade för att inkapsla den mycket olösliga och toxiska hydrofoba föreningen all-trans-retinsyra (ATRA) med användning av ett valvbindande lipoproteinkomplex som bildar en lipidbaserad nanodisk.
