När det gäller att leverera droger, nanopartiklar formade som stavar och maskar är det bästa alternativet för att göra den skrämmande resan till mitten av en cell, ny australisk forskning tyder på.

En ny studie publicerad i Naturnanoteknik har besvarat en mångårig fråga som kan leda till utformningen av bättre läkemedelsleveransfordon:hur nanopartikelform påverkar resan genom cellen.

"Vi kunde för första gången visa att nanopartiklar formade som stavar och maskar var effektivare än sfäriska nanopartiklar för att passera intracellulära barriärer och detta gjorde att de kunde komma in i cellens kärna, "säger huvudförfattaren UNSW:s doktor Elizabeth Hinde.

Studien leds av kemister, ingenjörer, och medicinska forskare från UNSW i ett samarbete mellan Australian Research Council Centre of Excellence in Advanced Molecular Imaging och Australian Research Council Center of Excellence in Bio-Nano Science. Centren har båda sitt huvudkontor vid Monash University, med forskningsnoder vid UNSW i Sydney.

Teamet tillämpade en ny mikroskopimetod på läkemedelsleverans för första gången, som gjorde det möjligt för dem att spåra rörelsen av olika formade nanopartiklar genom en enda odlad cancercell, med mycket hög tidsmässig och rumslig upplösning. Med denna metod, forskarna kunde identifiera var droger släpptes, och hur de sprider sig genom cellen.

De fann att cancerläkemedlet, doxorubicin, var mest effektivt när det kunde bryta mot den starka men porösa cellulära barriären som skyddar kärnan - cellens kontrollcenter. Viktigt, de upptäckte att en nanopartiklar form påverkade hur väl läkemedlet bröt barriären.

Dr Hinde, en associerad utredare inom Imaging CoE, säger att forskare tidigare kunde se den övergripande fördelningen av sina nanopartiklar genom en cell, men hade inte mikroskopiverktygen för att förstå hur denna lokalisering var uppbyggd - en viktig begränsning i läkemedelsleveransforskning.

"Du måste veta hur saker kommer fram till deras slutdestination för att kunna rikta dem dit. Nu har vi ett verktyg för att spåra denna otroliga resa till mitten av cellen. Det betyder att andra forskargrupper kan använda detta för att bedöma sina nanopartiklar och läkemedel leveranssystem.

"De kommer att kunna räkna ut hur de kan skräddarsy sina partiklar för att nå kärnan eller andra strukturer i cellen, och mäta var lasten tappas. Det här var inte möjligt förut. "

Formen på de kommande sakerna:stång, mask eller sfär?

Polymera nanopartiklar kommer att spela en viktig roll i medicinens framtid:dessa extremt små partiklar kan bära läkemedel för att attackera och döda cancerceller, selektivt leverera läkemedel precis där de behövs, och ger genombrott inom sjukdomsdiagnostik och bildbehandling.

UNSW -ingenjörer tillverkade fyra typer av nanopartiklar:en formad som en stav, en som en mask, och två som var sfäriska i formen. Dessa var märkta med fluorescerande taggar, och inkuberas i cancerceller. Genom att kombinera ett nytt fluorescensmikroskopimetod med viss statistisk analys, laget kunde skapa en tydlig bild av hur varje partikel passerade genom cellen.

Medan de sfäriska partiklarna blockerades av kärnhöljet, staven och maskformade partiklar kunde passera igenom. Detta ger en väg för utveckling av partiklar som selektivt kan rikta och döda cancerceller, utan att skada de friska.

Dr Hinde förklarar:"Cancerceller har en annan inre arkitektur än friska celler. Om vi ​​kan finjustera dimensionerna på dessa stavformade nanopartiklar, så de passerar bara genom cellbarriärerna i cancerceller och inte friska, vi kan minska några av biverkningarna av kemoterapier. "

Möjligheter för andra forskargrupper

"Påverkan för fältet är enorm, "säger Scientia-professor Justin Gooding från UNSW och ARC Center of Excellence in Bio-Nano Science." Det ger oss möjligheten att titta in i cellen, se vad partiklarna gör, och utforma dem för att göra precis vad vi vill att de ska göra. "

"Och det här är inte bara tack vare mikroskopet, men information och data kan vi dra ut från de nya analysförfaranden som vi har utvecklat. Om andra forskargrupper kan lära sig att göra denna analys, de kan använda utrustningen redan i sina labb och komma igång imorgon, "säger professor Gooding." Folk kommer att se, plötsligt, att de kan få all sorts ny information om sina partiklar. "

Forskarna kommer snart att samarbeta med Dr John McGhee från UNSW Art &Design, som kombinerar vetenskapliga data, mikroskopi bilder, och datorgenererad animering för att skapa virtual reality -återgivningar av insidan av mänskliga celler och blodkärl.

Konstverken låter forskare visualisera och åka på VR -vandringsturer genom kroppen, och kan hjälpa till att påskynda läkemedelsutvecklingsprocessen.