(Phys.org) – Forskare har upptäckt en metod som möjliggör kontrollerad frisättning av ett aktivt medel på basis av en magnetisk nanovehicle. Forskningen, utförd av EPFL, Adolphe Merkle-institutet och universitetssjukhuset i Genève, öppnar nya möjligheter för utveckling av mål.

Vissa droger är giftiga av naturen. Till exempel, läkemedel mot cancer som utvecklats för att döda sjuka celler skadar också friska. För att begränsa biverkningarna av kemoterapi, det skulle vara ett stort steg framåt om det var möjligt att frigöra ett läkemedel endast i det drabbade området av kroppen. Inom ramen för det nationella forskningsprogrammet "Smarta material" (NRP 62) - ett samarbete mellan SNSF och kommissionen för teknologi och innovation (CTI) - forskare vid ETH Lausanne, Adolphe Merkle-institutet och universitetssjukhuset i Genève har upptäckt en metod som kan utgöra ett viktigt steg mot utvecklingen av ett intelligent läkemedel av detta slag. Genom att kombinera sina expertkunskaper inom materialvetenskap, biologiska nanomaterial och medicin, de kunde bevisa genomförbarheten av att använda en nanovehicle för att transportera droger och släppa ut dem på ett kontrollerat sätt.

Denna nanobehållare är en liposom, som tar formen av en vesikel. Den har en diameter på 100 till 200 nanometer och är 100 gånger mindre än en mänsklig cell. Vesikelns membran består av fosfolipider och insidan av vesikeln ger utrymme för läkemedlet. På ytan av liposomen, specifika molekyler hjälper till att rikta in sig på maligna celler och att dölja nanobehållaren från immunsystemet, som annars skulle kunna betrakta den som en främmande enhet och försöka förstöra den. Nu behövde forskarna bara upptäcka en mekanism för att öppna upp membranet efter behag.

Nanoeffekt

Det är precis vad forskarna lyckades med. Hur gjorde de det? Genom att integrera superparamagnetiska järnoxidnanopartiklar i liposommembranet (SPION), som bara blir magnetiska i närvaro av ett externt magnetfält. När de väl är på fältet, SPION värms upp. Värmen gör membranet genomsläppligt och läkemedlet frisätts. Forskare bevisade genomförbarheten av ett sådant nanofordon genom att på ett kontrollerat sätt frigöra en färgad substans som finns i liposomerna. "Vi kan verkligen prata om nanomedicin i detta sammanhang eftersom, genom att utnyttja superparamagnetism, vi utnyttjar en kvanteffekt som bara existerar på nivån av nanopartiklar, " förklarar Heinrich Hofmann från Powder Technology Laboratory of EPFL. SPION är också ett utmärkt kontrastmedel vid magnetisk resonanstomografi (MRT). En enkel MRT visar platsen för SPION och möjliggör frisättning av läkemedlet när det har nått målet. fläck.

Designad för medicinsk praxis

"För att maximera chanserna att upptäcka en effektiv behandling, vi fokuserade på nanobehållare, som lätt skulle accepteras av läkare, ", tillägger Heinrich Hofmann. Denna strategi begränsar utbudet av möjligheter. Liposomer, som redan används i ett antal läkemedel på marknaden, är sammansatta av naturliga fosfolipider som även kan hittas i membranen hos mänskliga celler. För att öppna dem, forskare fokuserade på SPION, som redan hade varit föremål för många toxikologiska studier. Effektivare material ignorerades eftersom lite eller ingenting var känt om deras effekter på människor. När det gäller formen, en annan viktig parameter för magnetism, de valde att bara använda sfäriska nanopartiklar, som anses säkrare än fibrösa former. Intensiteten och frekvensen av magnetfältet som behövs för att frigöra det aktiva medlet är förenliga med mänsklig fysiologi.

Kombinationen av dessa parametrar ställde forskarna inför en annan utmaning:att nå en temperatur som är tillräckligt hög för att öppna upp liposomerna, de tvingades öka storleken på SPION från 6 till 15 nanometer. Blåsornas membran har en tjocklek på endast 4-5 nanometer. Sedan mästerskapet:Alke Finks forskargrupp vid Adolphe Merkle-institutet kunde omgruppera SPION i en del av membranet. Detta gjorde också MRT-detektion lättare. Innan du påbörjar in vivo-tester, forskarna vill studera integrationen av SPION i liposommembranet mer i detalj.