För första gången, forskare från University of Illinois i Urbana-Champaign har visat att framgången med leverans av läkemedel från nanopartiklar kan kvantifieras inuti en cell.

"Vi kan exakt berätta hur mycket läkemedel som har släppts från bäraren vid en given tidpunkt, "sade Dipanjan Pan, biträdande professor i bioingenjör i Illinois. "Som vi förstår det, detta representerar det första exemplet på ett ettsteg, enkelt förfarande för att syntetisera pro-läkemedelspassiverade kolnanopartiklar. Resultatet är betydande och kan så småningom hjälpa till att öka terapins effektivitet och hjälpa oss att bättre förstå vad som driver den cellulära inträdet av nanopartiklar och läkemedelsfrisättning.

"Även om nanoteknik är ett framväxande område, dess potential för att upptäcka och behandla mänsklig sjukdom är fascinerande, "Pan tillagd." Men, för att denna spännande teknik som täcker små agenter ska utvecklas mot mänskligt bruk, vi måste fullt ut förstå mekanismerna bakom deras intracellulära upptag inom våra komplexa biologiska nätverk. Det är också av stor vikt att hitta ett robust sätt att övervaka läkemedelsfrisättningen för att mäta hur framgångsrik processen är. "

Pan förklarade att nuvarande plattformar för läkemedelsleverans lider av stora bördor (t.ex. undvika immunsystemet för att nå målvävnaden). Eftersom dessa leveransfordon stöter på flera hinder på väg mot sitt mål, för tidig frisättning av läkemedlen från lasten leder ofta till misslyckade resultat.

"En grundläggande förståelse för den grundläggande vetenskapen om partikeltransport kommer att resultera i att lyckas med förmågan att kontrollera och manipulera läkemedelsleverans, "Pan sa." I detta arbete, vi ställer kritiska frågor som, 'Hur mycket läkemedel släpps ut från nanopartikeln när partiklarna kommer in i cellerna?' 'Finns det ett sätt att spåra framstegen i denna leveransprocess?' "Hur kan vi kvantifiera mängden av läkemedlet som redan har släppts ut från partikeln och hur mycket som fortfarande finns kvar?"

Förr, forskare har visat att frisättning av läkemedel kan studeras i provrör; dock, kvantifieringen är inte trivial i närvaro av en levande cell.

"Rumslig och spektral information om en nanocarrier och dess nyttolast är avgörande för framsteg av luminescensbaserad bildbehandling, sjukdom upptäckt, och behandling i komplex biologisk miljö, "sa Santosh Misra, en postdoktor i Illinois och första författare till uppsatsen i Avancerade funktionella material . "För första gången, vi visar det, genom att använda en hyperspektral bildteknik, detta kan uppnås. Våra resultat visade att vi exakt kan kartlägga mängden läkemedel som har frigjorts från partikeln vid en given tidpunkt. Vi kastar också ljus in i nanopartikelns mekanistiska väg, genom vilken den blir internaliserad i en cancercell. "

Pans forskargrupp utformade tre system som omfattar sfäriska, zwitterionic (en neutral molekyl med både positiva och negativa elektriska laddningar) och fosfolipidstabiliserade nanopartiklar som ett modellsystem för att leverera fluorescerande och icke-fluorescerande läkemedel-visar konceptet med ett FDA-godkänt läkemedel mot cancer på bröstcancerceller.

"Resultaten visade att nanopartiklar och terapeutiska medel kan kartläggas och mätas samtidigt, utesluter kravet på ett färgämne, vilket ger nya vägar för spatiotemporal karakterisering och synkron detektering och kvantifiering av nyttolast och bärare, "Pan sa." Jag räknar med att våra resultat kommer att hjälpa det biomedicinska samhället att ompröva den kontrollnivå som behövs när man arbetar med läkemedelsleverantörer, och så småningom kommer ett mycket (mer) effektivt terapeutiskt resultat att tänkas. "