Små kiseldioxidflaskor fyllda med medicin och ett speciellt temperaturkänsligt material skulle kunna användas för läkemedelstillförsel för att döda maligna celler endast i vissa delar av kroppen, enligt en studie publicerad nyligen av forskare vid Georgia Institute of Technology.

Forskargruppen utarbetade ett sätt att skapa kiseldioxidbaserade ihåliga sfärer runt 200 nanometer stora, var och en med ett litet hål i ytan som skulle kunna göra det möjligt för sfärerna att kapsla in ett brett spektrum av nyttolaster för att senare släppas endast vid vissa temperaturer.

I studien, som publicerades den 4 juni i tidskriften Angewandte Chemie International Edition , forskarna beskriver packning av sfärerna med en blandning av fettsyror, ett nära-infrarött färgämne, och ett läkemedel mot cancer. Fettsyrorna förblir fasta vid mänsklig kroppstemperatur men smälter några grader över. När en infraröd laser absorberas av färgämnet, fettsyrorna kommer snabbt att smälta för att frigöra det terapeutiska läkemedlet.

"Denna nya metod kan tillåta infusionsterapier att rikta in sig på specifika delar av kroppen och potentiellt motverka vissa biverkningar eftersom läkemedlet endast släpps ut där det finns en förhöjd temperatur, sa Younan Xia, professor och familjeordförande i familjen Brock vid Wallace H. Coulters avdelning för biomedicinsk teknik vid Georgia Tech och Emory University. "Resten av läkemedlet förblir inkapslat av de fasta fettsyrorna inuti flaskorna, som är biokompatibla och biologiskt nedbrytbara."

Forskarna visade också att storleken på hålet kunde ändras, möjliggör nanokapslar som släpper ut sin nyttolast i olika takt.

"Det här tillvägagångssättet lovar mycket för medicinska tillämpningar som kräver att läkemedel frisätts på ett kontrollerat sätt och har fördelar jämfört med andra metoder för kontrollerad läkemedelsfrisättning, sa Xia.

En tidigare metod för att uppnå kontrollerad läkemedelsfrisättning innefattar att ladda det temperaturkänsliga materialet i lipoproteiner med låg densitet, som ofta kallas "dåligt kolesterol". En annan metod innebär att man laddar blandningen i guldnanocages. Båda har nackdelar i hur materialet som används för att kapsla in läkemedlen interagerar med kroppen, enligt studien.

För att göra de kiselbaserade flaskorna, forskargruppen började med att tillverka sfärer av polystyren med en liten guldnanopartikel inbäddad i ytan. Sfärerna beläggs sedan med ett kiselbaserat material överallt utom där guldnanopartikeln är inbäddad. När guldet och polystyrenet har tagits bort, bara en ihålig kiselkula med en liten öppning återstår. För att justera storleken på öppningen, forskarna ändrade helt enkelt storleken på guldnanopartikeln.

Processen att ladda flaskorna med deras nyttolast innebär att sfärerna blötläggs i en lösning som innehåller blandningen, ta bort den instängda luften, tvätta sedan bort överflödigt material och nyttolast med vatten. De resulterande nanokapslarna innehåller en jämn blandning av det temperaturkänsliga materialet, det terapeutiska läkemedlet, och färgämnet.

För att testa frigöringsmekanismen, forskarna lade sedan nanokapslarna i vatten och använde en nära-infraröd laser för att värma färgen samtidigt som de spårade koncentrationen av det frigjorda läkemedlet. Testet bekräftade att utan användning av laser, läkemedlet förblir inkapslat. Efter flera minuters uppvärmning, koncentrationer av den terapeutiska rosen i vattnet.

"Detta system för kontrollerad frisättning gör det möjligt för oss att hantera de negativa effekterna som är förknippade med de flesta kemoterapeutika genom att endast släppa läkemedlet i en dos över den toxiska nivån på det sjuka stället, " sa Jichuan Qiu, en postdoktor i Xia-gruppen.