Att leverera livräddande läkemedel direkt till hjärnan på ett säkert och effektivt sätt är en utmaning för läkare. En viktig anledning:blod-hjärnbarriären, som skyddar hjärnan från vävnadsspecifik läkemedelsleverans. Metoder som en injektion eller ett piller är inte så exakta eller omedelbara som läkare kanske föredrar, och att säkerställa leverans rätt till hjärnan kräver ofta invasiv, riskfyllda tekniker.

Ett team av ingenjörer från Washington University i St. Louis har utvecklat en ny nanopartikelgenereringsmetod som en dag kan förbättra läkemedelsleveransen till hjärnan avsevärt, gör det så enkelt som en sniff.

"Detta skulle vara en nanopartikel nässpray, och leveranssystemet kan tillåta en terapeutisk dos medicin att nå hjärnan inom 30 minuter till en timme, "sade Ramesh Raliya, forskare vid Tekniska högskolan.

"Blod-hjärnbarriären skyddar hjärnan från främmande ämnen i blodet som kan skada hjärnan, "Sa Raliya." Men när vi behöver leverera något där, att komma igenom den barriären är svårt och invasivt. Vår icke-invasiva teknik kan leverera läkemedel via nanopartiklar, så det är mindre risk och bättre svarstider. "

Det nya tillvägagångssättet är baserat på aerosolvetenskap och tekniska principer som gör det möjligt att generera monodispersa nanopartiklar, som kan avsättas på övre områden i näshålan via diffusion. Arbetar med biträdande rektor Pratim Biswas, ordförande för energidepartementet, Miljö- och kemiteknik och Lucy &Stanley Lopata -professorn, Raliya utvecklade en aerosol bestående av guldnanopartiklar med kontrollerad storlek, form och ytladdning. Nanopartiklarna märktes med fluorescerande markörer, så att forskarna kan följa sin rörelse.

Nästa, Raliya och biomedicinsk teknik postdoktor Debajit Saha exponerade gräshoppans antenner för aerosolen, och observerade nanopartiklarna färdas från antennerna upp genom luktnerverna. På grund av deras lilla storlek, nanopartiklarna passerade genom hjärnblodbarriären, nå hjärnan och kväva den på några minuter.

Teamet testade konceptet i gräshoppor eftersom blod-hjärnbarriärerna hos insekter och människor har anatomiska likheter, och forskarna anser att gå genom näsregionerna till neurala vägar som det optimala sättet att komma åt hjärnan.

"Den kortaste och möjligen lättaste vägen till hjärnan är genom näsan, "sa Barani Raman, docent i biomedicinsk teknik. "Din näsa, luktlampan och sedan luktbarken:två reläer och du har nått cortex. Detsamma gäller för ryggradslösa luktkretsar, även om det senare är ett relativt enklare system, med supraesofagealt ganglion istället för en luktlampa och cortex. "

För att avgöra om de främmande nanopartiklarna störde normal hjärnfunktion eller inte, Saha undersökte det fysiologiska svaret hos luktneuroner i gräshopporna före och efter leveransen av nanopartiklar. Flera timmar efter upptaget av nanopartiklar, ingen märkbar förändring av de elektrofysiologiska svaren detekterades.

"Detta är bara början på en cool uppsättning studier som kan utföras för att göra nanopartikelbaserade läkemedelsleveransmetoder mer principiella, "Sa Raman.

Nästa fas av forskningen går ut på att smälta ihop guldnanopartiklarna med olika läkemedel, och med ultraljud för att rikta in en mer exakt dos till specifika områden i hjärnan, vilket skulle vara särskilt fördelaktigt i hjärntumörfall.

"Vi vill ge läkemedelsmål i hjärnan med denna icke-invasiva metod, "Sa Raliya." Vid hjärntumör, Vi hoppas kunna använda fokuserat ultraljud så att vi kan vägleda partiklarna att samlas vid just den punkten. "