Nanopartiklar är lovande läkemedelsleveransverktyg, erbjuder möjligheten att administrera läkemedel direkt till en specifik del av kroppen och undvika de hemska biverkningar som så ofta ses med kemoterapeutika.

Men det finns ett problem. Nanopartiklar kämpar för att komma förbi immunsystemets första försvarslinje:proteiner i blodserumet som märker potentiella inkräktare. På grund av detta, endast cirka 1 procent av nanopartiklarna når sitt avsedda mål.

"Ingen kommer undan serumproteinernas vrede, sa Eden Tanner, en tidigare postdoktor i bioteknik vid Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS).

Nu, Tanner och ett team av forskare under ledning av Samir Mitragotri, Hiller professorn i bioteknik och Hansjörg Wyss professor i biologiskt inspirerad teknik vid SEAS, har utvecklat ett joniskt kraftfält som hindrar proteiner från att binda till och märka nanopartiklar.

I musexperiment, nanopartiklar belagda med jonvätskan överlevde betydligt längre i kroppen än obelagda partiklar och, förvånande, 50 procent av nanopartiklarna tog sig till lungorna. Det är första gången som joniska vätskor har använts för att skydda nanopartiklar i blodomloppet.

"Det faktum att denna beläggning gör att nanopartiklarna kan glida förbi serumproteiner och ta en tur på röda blodkroppar är egentligen ganska fantastiskt eftersom när du väl kan bekämpa immunsystemet effektivt, många möjligheter öppnar sig, sa Mitragotri, som också är en kärnfakultetsmedlem vid Harvards Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering

Forskningen är publicerad i Vetenskapens framsteg .

Joniska vätskor, huvudsakligen flytande salter, är mycket avstämbara material som kan hålla en laddning.

"Vi visste att serumproteiner rensar ut nanopartiklar i blodomloppet genom att fästa på ytan av partikeln och vi visste att vissa joniska vätskor kan antingen stabilisera eller destabilisera proteiner, sa Tanner, som nu är biträdande professor i kemi och biokemi vid University of Mississippi. "Frågan var, skulle vi kunna utnyttja egenskaperna hos joniska vätskor för att tillåta nanopartiklar att glida förbi proteiner osedda."

"Det fantastiska med joniska vätskor är att varje liten förändring du gör i deras kemi resulterar i en stor förändring i deras egenskaper, sa Christine Hamadani, en före detta doktorand vid SEAS och första författare till tidningen. "Genom att ändra en kolbindning, du kan ändra om det attraherar eller stöter bort proteiner eller inte."

Hamadani är för närvarande doktorand vid Tanners labb vid University of Mississippi.

Forskarna belade sina nanopartiklar med det joniska flytande kolinhexenoatet, som har en motvilja mot serumproteiner. Väl i kroppen, dessa jonisk-vätskebelagda nanopartiklar verkade spontant fästa vid ytan av röda blodkroppar och cirkulera tills de nådde det täta kapillärsystemet i lungorna, där partiklarna skars av i lungvävnaden.

"Det här liftfenomenet var en riktigt oväntad upptäckt, ", sa Mitragotri. "Tidigare liftametoder krävde speciell behandling för att nanopartiklarna skulle fästa vid röda blodkroppar och även då, de stannade bara på en målplats i ungefär sex timmar. Här, vi visade att 50 procent av den injicerade dosen fortfarande fanns i lungorna efter 24 timmar."

Forskargruppen behöver fortfarande förstå den exakta mekanismen som förklarar varför dessa partiklar går så bra till lungvävnad, men forskningen visar hur exakt systemet kan vara.

"Det här är en sådan modulär teknik, sa Tanner, som planerar att fortsätta forskningen i sitt labb vid University of Mississippi. "Alla nanopartiklar med en ytförändring kan beläggas med joniska vätskor och det finns miljontals joniska vätskor som kan ställas in för att ha olika egenskaper. Du kan ställa in nanopartikeln och vätskan för att rikta in sig på specifika platser i kroppen."

"Vi som fält behöver så många verktyg vi kan för att bekämpa immunförsvaret och få droger dit de behöver gå, " sa Mitragotri. "Joniska vätskor är det senaste verktyget på den fronten."