Polymernanopartiklar som frigör medicin med kontrollerade hastigheter inuti celler har potential att förbättra effektiviteten hos många kliniska läkemedel. A*STAR-forskare har nu utvecklat ett iögonfallande sätt att utvärdera prestandan hos olika formuleringar för läkemedelstillförsel av polymerer med självlysande kvantprickar som bildetiketter.

Mycket liten, oorganiska kvantprickkristaller får allt större användning som biologiska prober på grund av deras kraftfulla optiska egenskaper. Genom att stimulera prickarna med laserljus, forskare kan få skarpa bilder för att övervaka processer som läkemedelstillförsel under mycket längre tidsramar än nästan någon annan teknik. Dock, en viktig utmaning ligger i att införliva hydrofoba kvantprickar i biokompatibla, vattenlösliga polymerer.

Ming-Yong Han och medarbetare från A*STAR Institute of Materials Research and Engineering i Singapore vände sig till en sampolymer känd som poly(D, L-laktid-samglykolid), eller PLGA, för deras kvantpunktsavbildningsstrategi. Detta giftfria material har en inställbar vattenavvisande eller vattenattraherande förmåga, beroende på andelen mjölk- och glykolsyrakomponenter. Det är också en idealisk plattform för läkemedelsleverans för det populära anticancerläkemedlet doxorubicin – en fluorescerande molekyl som används för att behandla sjukdomar inklusive leukemi och Hodgkins lymfom.

"Valet av polymer- och nanopartikelberedningar spelar en viktig roll för att göra jämnt fluorescerande partiklar, " säger medförfattaren Choon Peng Teng. "Olika hydrofoba eller hydrofila interaktioner påverkar hur kvantprickar inkorporeras."

Teamet syntetiserade två typer av PLGA-nanopartiklar - en laddad med doxorubicin, och den andra innehöll kvantprickbiomärkningar – och inkuberade dem i en kultur av mänskliga kolonceller. Efter två timmar, konfokal avbildning avslöjade att båda typerna av polymernanopartiklar uppslukades av cellerna genom en endocytosmekanism och internaliserades i cytoplasman (se bild). De ljusa utsläppen från prickarna gjorde det möjligt för forskarna att kvantifiera upptaget som 25 procent av cellvolymen.

Eftersom beteendet hos de kvantprickmärkta nanopartiklarna var parallellt med de doxorubicinimpregnerade materialen, Han och kollegor insåg att detta bildsystem kunde modellera effektiviteten hos andra viktiga läkemedelsleveransscheman. Inledande undersökningar verkar lovande - de kvantprickladdade PLGA-nanopartiklarna efterliknade olika läkemedelsleveranssystem för att rikta in sig på hjärnan, lung- och bröstcancercellinjer, och var kompatibla med både vattenlösliga och vattenolösliga läkemedel.

Ytterligare en fördel med detta tillvägagångssätt, noterar medförfattaren Khin Yin Win, är att det kan simulera verkan av icke-fluorescerande anticancerläkemedel som tidigare inte gick att spåra med konfokal avbildning. "Denna modell kan underlätta övervakning av biokompatibilitet och cellulärt upptag, men det kan också utvärdera hur genomförbara vissa material är som drogbärare, " säger hon. "Detta kan leda till mer innovativa läkemedelsleveranssystem."