Forskare har hittat ett enkelt sätt att producera kolnanopartiklar som är tillräckligt små för att undvika kroppens immunförsvar, reflekterar ljus i det nära-infraröda området för enkel upptäckt, och transportera nyttolaster av farmaceutiska läkemedel till riktade vävnader.

Till skillnad från andra metoder för att tillverka kolnanopartiklar - som kräver dyr utrustning och reningsprocesser som kan ta dagar - genererar den nya metoden partiklarna på några timmar och använder bara en handfull ingredienser, inklusive butiksköpt melass.

Forskarna, leds av bioteknikprofessorerna Dipanjan Pan och Rohit Bhargava vid University of Illinois, rapportera sina resultat i tidskriften Små .

"Om du har en mikrovågsugn och honung eller melass, du kan i stort sett göra dessa partiklar hemma, "Sade Pan. "Du bara blanda ihop dem och koka det i några minuter, och du får något som ser ut som röding, men det är nanopartiklar med hög luminescens. Detta är ett av de enklaste systemen vi kan tänka oss. Det är säkert och mycket skalbart för eventuell klinisk användning."

Dessa "nästa generations" kolsfärer har flera attraktiva egenskaper, fann forskarna. De sprider naturligt ljus på ett sätt som gör dem lätta att skilja från mänskliga vävnader, eliminerar behovet av tillsatta färgämnen eller fluorescerande molekyler för att hjälpa till att upptäcka dem i kroppen.

Nanopartiklarna är belagda med polymerer som finjusterar deras optiska egenskaper och deras nedbrytningshastighet i kroppen. Polymererna kan laddas med läkemedel som gradvis frisätts.

Nanopartiklarna kan också göras ganska små, mindre än åtta nanometer i diameter (ett människohår är 80, 000 till 100, 000 nanometer tjock).

"Vårt immunsystem känner inte igen något under 10 nanometer, " sa Pan. "Så, dessa små partiklar är typ av kamouflerade, Jag skulle säga; de gömmer sig för det mänskliga immunsystemet."

Teamet testade den terapeutiska potentialen hos nanopartiklarna genom att ladda dem med ett läkemedel mot melanom och blanda dem i en aktuell lösning som applicerades på grishud.

Bhargavas laboratorium använde vibrationsspektroskopiska tekniker för att identifiera den molekylära strukturen hos nanopartiklarna och deras last.

"Raman och infraröd spektroskopi är de två verktyg som man använder för att se molekylär struktur, ", sa Bhargava. "Vi tror att vi belagt denna partikel med en specifik polymer och med specifik läkemedelsladdning - men gjorde vi det verkligen? Vi använder spektroskopi för att bekräfta formuleringen samt visualisera leveransen av partiklarna och läkemedelsmolekylerna."

Teamet fann att nanopartiklarna inte släppte läkemedlets nyttolast vid rumstemperatur, men vid kroppstemperatur började släppa ut cancerläkemedlet. Forskarna bestämde också vilka topiska applikationer som penetrerade huden till ett önskat djup.

I ytterligare experiment, forskarna fann att de kunde ändra infusionen av partiklarna i melanomceller genom att justera polymerbeläggningarna. Avbildning bekräftade att de infunderade cellerna började svälla, ett tecken på förestående celldöd.

"Detta är en mångsidig plattform för att bära en mängd läkemedel - för melanom, för andra typer av cancer och för andra sjukdomar, ", sade Bhargava. "Du kan belägga den med olika polymerer för att ge den ett annorlunda optiskt svar. Du kan ladda den med två droger, eller tre, eller fyra, så att du kan göra multidrogterapi med samma partiklar."

"Genom att använda definierad ytkemi, vi kan ändra egenskaperna hos dessa partiklar, ", sade Pan. "Vi kan få dem att lysa vid en viss våglängd och även vi kan ställa in dem för att frigöra drogerna i närvaro av den cellulära miljön. Det är, Jag tror, skönheten i verket."