Ett nytt sätt att leverera terapeutiska proteiner inuti kroppen använder en akustiskt känslig bärare för att kapsla in proteinerna och ultraljud för att avbilda och vägleda förpackningen till den exakta plats som krävs, enligt Penn State-forskare. Ultraljud bryter sedan kapseln, låta proteinet komma in i cellen.

"När du utsätter partikeln för ultraljud öppnar den ett hål i cellmembranet som varar i ett par mikrosekunder, " sa Scott Medina, biträdande professor i biomedicinsk teknik, Penn State. "Vi kan använda den här tillfälliga öppningen för att leverera antikroppar, som är attraktiva terapeutiska molekyler inom precisionsmedicin som annars inte kan komma in i celler."

Dessa antikroppar är framväxande terapier för cancer, infektionssjukdomar och reumatoid artrit, han sa.

Men att få in proteinet inuti nanopartikelbäraren var inte lätt, vilket är anledningen till att andra forskare har varit tvungna att ta till komplicerade och ofta dåligt presterande metoder, som att fästa lasten på utsidan av nanopartiklar, vilket resulterar i ineffektiv proteinfrisättning och leverans utanför målet.

Utmaningen med den nya metoden var att proteinet inte ville interagera med partikelns inre, som är gjord av en fluorhaltig vätska, liknande flytande teflon. Medinas doktorand, Janna Sloand, kom på ett kreativt arbete runt – en fluormask. Dessa kemiska masker har en motbalans mellan polaritet och fluorinnehåll som gör att proteinet kan interagera med det fluorhaltiga flytande mediet samtidigt som proteinets vikta tillstånd och bioaktivitet bibehålls.

"Vi hade många utmaningar med att utveckla den här nya metoden, sa Sloand, första författare på tidningen som nyligen publicerades i ACS Nano . "Det svåraste var att ta reda på vilken typ av kemikalier som kunde maskera proteinet. Det var definitivt mitt eureka-ögonblick när jag såg att det fungerade."

I framtida arbete, teamet kommer att utforska användningen av deras ultraljudsprogrammerbara material som en plattform för bildstyrd leverans av terapeutiska proteiner och genredigeringsverktyg.

I relaterade terapeutiska tillämpningar, de utnyttjar denna teknik för att leverera antikroppar som kan förändra onormala signalvägar i tumörceller för att effektivt "stänga av" deras maligna egenskaper. I annat arbete levererar de genredigeringsverktyg, som CRISPR-konstruktioner, för att möjliggöra ultraljudskontrollerad genomteknik av celler i komplexa 3D-vävnadsmikromiljöer.

Viktigt, dessa leveransapplikationer kan alla utföras med hjälp av ultraljudstekniker som redan används på sjukhus, som de hoppas ska möjliggöra en snabb översättning av denna teknik för precisionssjukvård.