Ett nanopartikelbaserat läkemedelsleveranssystem som kan känna och reagera på olika tillstånd i kroppen, såväl som ett externt applicerat magnetfält, kan förbättra läkarnas förmåga att rikta läkemedel till specifika sjukdomsplatser.

A*STAR -forskare skapade de multifunktionella nanokapslarna genom att svepa in magnetiska järnoxid -nanopartiklar inuti ett biokompatibelt polymerskikt som kunde justeras för att svara på surhet eller temperatur. Teamet har redan visat att nanopartiklar selektivt kan leverera det toxiska antitumörmedicinet doxorubicin till cancerceller.

Vissa tidigare nanopartikelmedicinska system har införlivat magnetfältrespons, och andra har visat pH- eller temperaturkänslighet. Nanopartiklarna utvecklade av Chaobin He, Zibiao Li och deras kollegor vid A*STAR Institute of Materials Research and Engineering är ovanliga genom att de kombinerar flera stimuli-responsiva beteenden till en enda nanopartikel.

Teamet gjorde sina nanopartiklar genom att belägga järnoxidpartiklar med kiseldioxid, därefter fäster den biokompatibla poly (laktid) (PLA) polymeren via en process som kallas stereokomplexisering. PLA-polymersträngarna monterar sig själva runt järnkärnan, bildar ett flexibelt skal som kan laddas med läkemedelsmolekyler.

Järnoxidkärnan tillåter läkare att fysiskt rikta det inkapslade läkemedlet till specifika platser i kroppen med hjälp av ett externt magnetfält, förklarar Zibiao Li, en medlem i teamet. "Denna egenskap hos stimuli-responsiva nanocarriärer är särskilt viktig vid cancerterapi för att förhindra de allvarliga biverkningarna av kemoterapi, "säger han. Genom att selektivt leverera kemoterapiläkemedel till en tumör, läkemedlets skadliga effekt på friska celler kan minimeras.

Forskarna förbättrade ytterligare den selektiva tillförseln av sina nanokapslar genom att belägga dem med nydesignade PLA-sampolymerer som kan reagera på förändringar i pH eller temperatur. En polymer som heter PLA-PDMAEMA, till exempel, sväller upp under sura förhållanden, släppa greppet om sin last av droger när den expanderar. Eftersom tumörceller vanligtvis är surare miljöer än friska celler, dessa nanopartiklar bör selektivt släppa ut sina läkemedel i cancerceller.

När forskarna laddade sina PLA-PDMAEMA-belagda nanopartiklar med cancerläkemedlet doxorubicin, de visade att läkemedlet släpptes betydligt snabbare under sura förhållanden. Inledande tester med bröstcancerceller bekräftade att kapslarna togs upp av cellerna och kunde frigöra sin last för att döda cellerna.

Nästa steg blir att optimera storleken på nanokapslarnas storlek, innan de testas i djurmodeller. "Ytterligare undersökning av hur man använder dessa nanopartiklar för kombinerad läkemedelsleverans och biobildning pågår också, "Säger Li.