University of Alabama at Birmingham forskare Eugenia Kharlampieva, Ph.D., gör polymermikrokapslar avsedda att transportera cancerläkemedel till tumörplatsen. Arbetar på UAB:s avdelning för kemi i skärningspunkten mellan polymerkemi, nanoteknik och biomedicinsk vetenskap, hon skapar nya "smarta" partiklar som kommer att ge kontrollerad leverans av terapeutiska läkemedel. Specifikt, hon har funnit att förändringar i form eller elasticitet hos dessa små bärare i hög grad påverkar deras förmåga att övervinna de hinder för läkemedelsleverans som ligger mellan en injektion i en ven och uppslukning av en cancercell.

I en färsk tidning, Kharlampieva och kollegor jämförde fyra olika mikrokapslar - stela kuber eller sfärer, och elastiska kuber eller sfärer – för att se hur de presterar mot tre utmaningar. Den första är att undvika uppslukning av friska makrofags immunsystemceller som fungerar som utkik och första försvarare mot främmande patogener som kommer in i kroppen. Den andra är förmågan att klämma sig igenom de små öppningarna i väggarna i ohälsosamma blodkärl för att nå tumörceller. Den tredje är att tas upp av tumörceller, där de kan leverera sin kemoterapinyttolast.

I in vitro-experimenten, laget hittade klara vinnare. För makrofagutmaningen, de elastiska sfärerna och kuberna var mycket bättre på att undvika uppslukning jämfört med de solida sfärerna och kuberna. Detta innebär potentiellt mindre skada på de friska immunsystemets celler och en längre halveringstid i blodomloppet för de elastiska terapeutiska mikrokapslarna.

"Vi vill att de ska hålla sig borta från makrofager, som är som att rensa soldater från blodomloppet, " sa Kharlampieva. "Vi fann att de ihåliga partiklarna är mycket mer elastiska, och de tas inte upp av makrofager, vilket är fantastiskt."

I utmaningen att klämma sig igenom små öppningar, de elastiska sfärerna och kuberna var återigen mycket bättre än de solida mikrokapslarna. Väggarna i de mikroskopiska blodkärlen i tumörer har öppningar som sträcker sig mellan 300 nanometer till 1,2 mikrometer. Forskarna fann att de elastiska mikrokapslarna, som är 2 mikrometer breda, kunde klämma igenom porer som var två till tre gånger mindre än partiklarnas diametrar. Och efter att ha klämt igenom, mikrokapslarna återfick sina former som sfärer eller kuber.

I tester av upptag i bröstcancerceller, kuberna - vare sig de är solida eller elastiska - visade större upptag, möjligen för att de plana väggarna har större ytkontakt med cellerna.

Således, övergripande, forskarna skriver, "Våra data visar att elastiska kubiska kapslar har viktiga biologiska egenskaper, vilket kan motivera deras fortsatta utveckling för cancerterapi."

Nästa steg för Kharlampieva och hennes kollegor kommer att testa den biologiska betydelsen, tittar på hur förändringar i former och elasticitet påverkar öden och destinationerna för dessa polymermikrokapslar i blodomloppen hos möss.

Detaljer

För att tillverka sfärerna och kuberna, Kharlampieva och kollegor börjar med solida byggnadsställningar – antingen en sfärisk partikel av kiseldioxid eller en kubisk kristall av mangankarbonat. De belägger sedan partiklarna med fem dubbelskikt av polymerer, med användning av garvsyra och poly(N-vinylpyrrolidon). För de fasta mikrokapslarna, de lämnar ställningarna på plats. För de elastiska mikrokapslarna, de tar bort ställningarna med antingen syra eller ett kelatbildande medel.

De resulterande mikrokapslarna är vattenlösliga, ogiftig och biologiskt nedbrytbar, som passar dem för jobbet med kontrollerad läkemedelstillförsel, och polymerväggarna i dessa former är bara 50 nanometer tjocka. Deras elasticitet mäts med ett atomkraftmikroskop, och de är så små att en rad på 12, 700 av mikrokapslarna skulle mäta 1 tum.

Kharlampievas undersökning av effekterna av form och elasticitet kommer från den enkla observationen att celler i kroppen som färdas genom blodomloppet inte är sfäriska och är ganska elastiska.

Pappret, "Kubisk form förbättrar interaktionen av polymerpartiklar lager för lager med bröstcancerceller, " publicerades i Avancerat vårdmaterial .