Kolnanorör, eller små ihåliga cylindrar av enatoms tjocka kolskivor, har en otrolig potential för en mängd olika applikationer på grund av sin styrka, flexibilitet, och andra unikt kraftfulla egenskaper. De är särskilt lovande inom nanoteknik och elektroniktillämpningar, men Carnegie Mellon Universitys Kris Dahl och Mohammad Islam är på ett tvärvetenskapligt uppdrag för att använda dessa kolnanorör till en ny användning – inom medicin.

Genom att kombinera sina respektive kompetensområden, Dahl, en docent i kemiteknik och biomedicinsk teknik, och islam, en forskarprofessor i materialvetenskap och teknik, har arbetat tillsammans i flera år för att svara på många frågor relaterade till användning av kolnanorörsbaserade strukturer för läkemedelsleverans.

Genom åren, Dahl och islam har gjort betydande framsteg inom biomedicinsk kolnanorörsforskning - bara 2016, de har redan publicerat två artiklar som beskriver sin forskning relaterad till tekniska proteiner som omsluter specifika typer av läkemedel för att de ska kunna levereras mer effektivt. Drogerna, när de levereras till kroppens celler, sitta på ytan av kolnanorören, sedan täcks av proteiner.

Bild på att mata en hund med ett piller. För att göra det, man skulle slå in den i ost för att maskera medicinen och göra den mer tilltalande. På liknande sätt, för att förbättra läkemedelstillförseln, Dahl och Islam har konstruerat proteiner som sveper runt de läkemedelsbelagda kolnanorören. Cellerna, som älskar dessa proteiner, mer lätt att ta upp drogen - ungefär som en hund lättare skulle äta det ostdragerade pillret.

"Det fantastiska med att använda kolnanorör för att leverera läkemedel är att, vetenskapligt, de är bara kol, " förklarar Dahl. "De liknar grafit i pennor, diamant, eller char — de är bara organiserade på ett annat sätt. Men eftersom de är gallrade på det här sättet, celler bryter inte ner dem. En annan fördel med denna metod för läkemedelstillförsel är det faktum att dessa nanorör är nästan helt inerta mot cellen. Du kan få tiotals miljoner av dem inuti cellen innan det blir någon verklig påverkan på cellen, och det betyder att du kan leverera en enorm mängd av ett läkemedel och att det inte riktigt stör cellerna."

De två artiklarna som publicerades i år, med titeln "Förbättrad intracellulär leverans av små molekyler och läkemedel via icke-kovalenta ternära dispersioner av enkelväggiga kolnanorör" och "Levera enkelväggiga kolnanorör till kärnan med hjälp av konstruerade nukleära proteindomäner, " är ett stort steg i utvecklingen av detta område. Om celler är mer benägna att absorbera stora mängder av läkemedlet som levereras, då ökar läkemedlets effekt avsevärt.

Nästa fråga att ta itu med? Hur man riktar sig mot specifika celler.

"Nu när vi förstår hur man sprider kolnanorör, hur man kontrollerar toxiciteten, hur man levererar dem till cellerna, hur man upptäcker dem eller identifierar var de är i cellen – nu är vi på en plats där vi kan börja rikta in oss på specifika celler, " säger islam. "Eftersom kolnanorör har så stor yta och de går in i cellen i miljontals, du kan ha en mycket hög effektivitet för leverans till en specifik cell."

I juni, Dahl och Islam kommer var och en att presentera aspekter av detta arbete vid Carbon Nanostructures in Medicine and Biology Symposium of the Electrochemical Society-konferensen, en mötesplats där ledare inom området länge har diskuterat framsteg inom nanomaterialteknologi och vetenskap. Dahl och Islam är stolta över att deras samarbete har möjliggjort innovation inom området bionanomedicin och läkemedelsleverans, som förkroppsligar Carnegie Mellon-andan av tvärvetenskaplig forskning.