UCLA-forskare har utvecklat en kostnadseffektiv metod för att snabbt övervaka nedbrytningen av läkemedelsbärande nanopartiklar med ett mikroskop av chipskala. Denna nanopartikelkarakteriseringsplattform är baserad på holografi och kan noggrant övervaka storleksförändringarna hos nanokapslar som genomgår nedbrytning, samtidigt som de släpper innehållet i sin droglast. Denna forskning ger forskare ett kraftfullt mätverktyg som kan användas för att designa bättre nanokapslar för läkemedelsleverans och andra nanomedicinrelaterade applikationer.

Nanoteknik har fått praktisk betydelse, inklusive vid leverans av läkemedel. Den globala marknaden för nanomedicin beräknas uppgå till 350 miljarder USD år 2025. Design och syntes av nedbrytbara nanopartiklar är mycket viktiga inom läkemedelsleverans och nanomedicin. Även om noggrann bedömning av nedbrytningshastigheter för nanopartiklar skulle förbättra karakteriseringen och optimeringen av läkemedelsleveranser, traditionella metoder som används för att övervaka läkemedelsfrisättning från nanopartiklar och nanokapslar förlitar sig på avancerad teknik som elektronmikroskopi, dynamisk ljusspridning, eller andra biokemiska metoder, som alla har nackdelar och praktiska begränsningar. De flesta av dessa instrument är dyra, och har inte förmågan att övervaka nanopartikelnedbrytning i realtid.

UCLA:s holografiska avbildningsmetod, å andra sidan, har en noggrannhet nära de avancerade mätenheterna, men till en bråkdel av deras kostnad och komplexitet. Den byggdes med 3D-tryckta delar och består av billiga optiska element, bildar ett chip-skala optiskt mikroskop som väger ungefär ett pund och kan användas med vilken stationär eller bärbar dator som helst. Detta holografiska nanopartikelkarakteriseringsverktyg kan användas för att mäta storleken på individuella nanopartiklar över ett brett spektrum av partikeldensiteter, från några tiotals till tiotusentals nanopartiklar per mikroliter, och kan detektera nanopartiklar så små som ~40 nm.

"Genom detta samarbete mellan mitt labb och professor Tatiana Seguras labb vid UCLA, vi har skapat en kraftfull och kostnadseffektiv beräkningsmetod som möjliggör övervakning med hög genomströmning av nedbrytningen av alla typer av nanopartiklar med hjälp av en extremt liten provvolym som är minst 1000 gånger mindre än vad som krävs av andra optiska tekniker, ger ytterligare kostnadsbesparingar per mätning, "sade Aydogan Ozcan, som ledde forskargruppen och är UCLA:s kanslersprofessor i elektroteknik och bioteknik och biträdande direktör för California NanoSystems Institute (CNSI).

Dr. Ozcan och hans medarbetare, Dr. Segura från Department of Chemical and Biomolecular Engineering vid UCLA, tillsammans med postdoktorer, Drs. Aniruddha Ray och Shuoran Li, använde denna holografiska avbildningsmetod för att karakterisera ett polymerbaserat nanokapselsystem som används för att leverera vaskulär endotelial tillväxtfaktor, ett protein som kan hjälpa till vid återhämtning av stroke och sårläkning. Tillväxtfaktorer är särskilt kritiska för normal cellfunktion och deras inkorporering i terapeutiska nanomaterial har varit ett stort fokus för den senaste forskningen, gör detta nya holografiska nanopartikelkarakteriseringsverktyg mycket lägligt.