Att välja rätt förpackning för att få dyrbar last från punkt A till punkt B kan vara en svår uppgift på postkontoret. För en tid, Forskare har brottats med en liknande uppsättning frågor när de förpackar medicin för leverans i blodomloppet:Hur mycket förpackning kommer att hålla det säkert? Är det rätt förpackningsmaterial? Är den för stor? Är det för tungt? Forskare från Drexel University har utvecklat en ny typ av behållare som verkar passa perfekt för leveransen.

Intravenös medicinering har tagit viktiga steg de senaste åren som ett sätt att direkt rikta in sig på besvär där de förekommer i kroppen. Men att få medicinen genom blodomloppet till rätt plats och släppa den vid rätt tidpunkt är ingen lätt uppgift. Kroppen är utformad för att upptäcka och eliminera främmande föremål, så att framgångsrikt designa ett kärl för riktad läkemedelstillförsel kräver lika delar ingenjörskonst och list.

"Leveranskärl har traditionellt utformats för att undvika igenkänning av immunsystemet genom att efterlikna naturligt förekommande material i kroppen, såsom celler eller liposomer, sa Christopher Li, Ph.D., professor i materialvetenskap vid Drexels College of Engineering. "Men problemet med de tidigare rapporterade artificiella bärarna är att de inte alltid är tillräckligt hållbara för att ta sig långt ut i kroppen."

Li och Hao Cheng, Ph.D., en biträdande professor vid College of Engineering ledde en grupp forskare som har utvecklat ett polymerkristallhölje för intravenös medicintillförsel. Deras arbete, som nyligen publicerades i tidskriften Naturkommunikation visar hur dessa "kristallsomer, "designad för att vara hållbar nog länge, intravenösa resor, kan vara längre än nuvarande konstgjorda nanopartikelförpackningar – vilket innebär att läkare kan använda det för att direkt behandla sjukdomar i kroppen, med exakt rätt mängd medicin.

"Kristallsomer efterliknar strukturellt den klassiska liposomen och polymersomerna som används för läkemedelstillförsel, men mekaniskt är de mer robusta tack vare deras enkristallliknande skal, " sa Li.

I experiment med blodcirkulation och biodistribution, Lis polymerkristallsomer har en halveringstid på 24 timmar och kan vara i blodomloppet i mer än 96 timmar – siffror som vida överstiger nuvarande injicerbara mediciner.

"Kristallsomer är tätt förseglade så att medicin inte kommer att frigöras förrän den når målställena. Sålunda kan medicin ges i högre doser, som önskat, till lidanden i kroppen, utan att orsaka allvarliga biverkningar i samband med tidig frisättning av läkemedlet, ", sa Li. "Och en mer direkt intravenös tillförsel innebär att behandlingar sannolikt blir mer effektiva."

Lis grupp kombinerade sitt unika arbete med att odla kristallsfärer och självmonterade nanoborstar för att producera denna speciella kapsel som är precis tillräckligt tjock för att säkert omsluta medicinen, och har också en rad polymersträngar som kan avvärja de proteiner som flaggar främmande kroppar för avlägsnande.

Metoden för att skapa kristallsomerna, som Li's Soft Materials Lab ursprungligen utvecklade 2016, ser ut ungefär som att kombinera olja och vatten för att skapa suspenderade flytande pärlor. I denna ansökan, pärlorna kapslar in två typer av polymersträngar som, när det svalnat, kondensera till det fasta ämnet, äggskalsliknande sfärisk kristallom, skyddar den äggulaliknande lasten inuti.

Medan en uppsättning polymerer, kallas poly L-laktidsyra eller PLLA, dras samman för att bilda sfärens korrugerade hölje, den andra sorten, polyetylenglykol eller PEG, uppmärksammas som morrhår på dess yta. PEG-polymerer är kända för att förhindra att proteiner fäster på fasta ytor, så den enhetliga fördelningen av dessa polymerer på utsidan av kristallsomen förhindrar att den flaggas av immunsystemets proteiner som en kroppslig inkräktare.

"Tagen tillsammans, dessa egenskaper ger kristallsomen dess överlägsna uthållighet i blodomloppet, sa Cheng, vars forskargrupp är specialiserad på att konstruera molekyler för intravenös läkemedelstillförsel.

Upptäckten ger en strategi för att producera långcirkulerande nanomaterial, vilket kan leda till en ny klass av polymera nanopartikelbärare för läkemedelsleverans och genterapi, enligt forskarna.

"De geniala, böjd, polymerkristall nanokapslar som rapporteras här förblir robusta medan de cirkulerar i blodet, en potentiellt viktig egenskap för att leverera mediciner och genterapier, sa Andrew Lovinger, programansvarig för materialforskning som övervakade finansieringen av arbetet från National Science Foundation. "NSF är stolta över att ha stöttat denna viktiga forskning, som integrerar byråns uppdrag att främja vetenskapens framsteg samt bidra till att främja nationens hälsa."