Föreställ dig en enhet som kan transportera droger till alla sjuka platser i kroppen med hjälp av en liten magnet. Forskare vid University of California San Diego har tagit ett steg mot det målet genom att utveckla nanostorlekar, kallas nanobowls, som kan fyllas med läkemedelsmolekyler och styras med magneter för guidad leverans till specifika vävnader och organ, inklusive cancervävnad, små organ som bukspottkörteln och svåråtkomliga områden som hjärnan.

"Vårt mål är att utveckla läkemedelsbärare som vi kan rikta till alla delar av kroppen, håll dem där tills de släpper sin nyttolast, rikta sedan bort dem - allt gjort med en liten magnet, "sa Ratneshwar Lal, professor i bioingenjör, maskinteknik och materialvetenskap vid Jacobs School of Engineering vid UC San Diego.

"Mer viktigt, vi vill rikta dessa läkemedelsbärare genom platser i kroppen där droger vanligtvis inte kan passera, som blod-hjärnbarriären, "Lal sa. Detta skulle erbjuda ett nytt sätt att rikta och behandla hjärnsjukdomar som Alzheimers sjukdom och glioblastom, den mest maligna av hjärntumörer.

I en tidigare studie, Lal och hans team har visat att de magnetiskt kan leda nanopartiklar säkert genom blod-hjärnbarriären hos möss.

Nu, laget har tagit sin forskning ett steg längre genom att göra nanobowls som kan användas för att lagra och bära droger, och eventuellt användas för att detektera sjuka celler och vävnad.

Nanobowls, som befinner sig i proof-of-concept-stadiet, är skålformade kiseldioxid nanopartiklar-mindre än bredden på ett människohår-belagda med ett lager av guld, med magnetiska järnoxid -nanopartiklar inklämda mellan kiseldioxid- och guldlagren. I en ny tidning publicerad i tidningen Nanoskala , forskare visade att nanobowls kunde flyttas runt med en liten magnet, kan gå in i normala och cancerceller och kan användas för att upptäcka förekomsten av lågmolekyler.

Lal påpekade att tre stora fördelar med detta system är:(1) transport till specifika platser med hjälp av ett litet externt magnetfält (liknande befintliga system kräver ett stort magnetfält, som MR, för transport); (2) nyttolasten kan frigöras på begäran med hjälp av en magnet, värme eller ljus; och (3) systemet kan hålla nyttolasten på ett ställe under lång tid (med hjälp av ett kontrollerat magnetfält), vilket kommer att öka den lokala koncentrationen av nyttolasten (läkemedel eller bildmolekyler) där det behövs som mest - detta kan minska läkemedelsbiverkningar på andra delar av kroppen.

Forskare skapade nanobowls i en flerstegssyntes. De tillverkade först mallar av sfäriska kiseldioxid nanopartiklar med delvis exponerade polystyrenkärnor. Kiseldioxidytan funktionaliserades, sedan belagd med magnetiska järnoxid -nanopartiklar följt av ett lager guld. Polystyrenkärnorna förblev orörda och tvättades bort med ett organiskt lösningsmedel, lämnar ett hålrum för att skapa nanobowl.

Forskare visade att de kunde använda en liten magnet för att flytta nanobowls genom en hydrogel. "Detta föreslår en potentiell användning av nanobowls för magnetiskt kontrollerad leverans genom mjukvävnader, "rapporterade forskarna i Nanoskala papper.

På grund av deras guldbeläggning, nanobowls kan användas för avbildning. I deras experiment, forskare visade att molekyler i extremt låga koncentrationer, som vanligtvis är omöjliga att se spektroskopiskt, upptäcktes lätt i närvaro av nanobowls. Denna funktion har applikationer för att upptäcka sjukdomsmarkörer tidigt, sa forskare.

Slutligen, nanobowls kunde tas upp av levande celler. Forskare inkuberade nanobowls med både normala och cancerösa prostatacellinjer. Inom två timmar, nanobowls hittades inuti cellerna.

Som ett nästa steg, Lal och hans team planerar att göra mössor för nanobowls som kan triggas att öppna på begäran för att släppa droger. "Detta skulle göra det möjligt för oss att kontrollera frisättningen av läkemedelsnyttolast i vårt system, "Sa Lal.