Nanopartiklar kan användas som kraftfulla vehiklar för att administrera vacciner och förebygga allvarliga sjukdomar, som vid behandling av COVID-19 och för att leverera kemoterapeutiska läkemedel till cancerceller med målet att utrota cancercellerna och lämna de friska cellerna oskadda. För cancerpatienter har detta potential att minska allvarliga biverkningar som härrör från kemoterapeutikas toxicitet. Tyvärr finns det ännu ingen kliniskt tillämpad selektiv nanopartikelbehandling (även känd som nanoterapeutisk), med forskning som fokuserar på att förbättra och förstå nuvarande nanoterapeutika. För hennes Ph.D. forskning, tittade Laura Woythe närmare på nanopartiklar och cancerceller för att utforma selektiva nanoterapeutika med hjälp av avancerad optisk mikroskopiteknik.

För att förbättra nanopartiklars förmåga att rikta in sig på cancerceller kan forskare utnyttja hur nanopartiklar interagerar med specifika cellbiomarkörer eller "receptorer" på cellytan. För detta ändamål placeras molekyler eller "ligander" som känner igen specifika cellreceptorer på ytan av nanopartiklarna.

Denna så kallade funktionaliseringsprocess är dock svår att kontrollera, på grund av nanopartiklarnas ringa storlek, vilket gör att vissa molekyler blir felplacerade, fungerar felaktigt eller att de felaktigt fästs på nanopartikelytan. Alla dessa minskar en nanopartikels förmåga att interagera med cancerceller på avsett sätt.

Dessutom kvarstår frågor om effektiviteten av sådana anslutningsprotokoll, och om antalet molekyler vi fäster är tillräckligt effektivt för att rikta cancerceller. Utmaningarna ligger i den lilla storleken på molekylerna och cellreceptorerna, och de begränsade kvantitativa metoder som finns tillgängliga för att uppskatta antalet molekyler på ytan av nanopartiklarna. Med andra ord, hur kan forskare räkna antalet molekyler på ytan av nanopartiklarna för att kontrollera att nanopartiklarna kan vara effektiva mot cancerceller?

Superupplösningsmikroskopi

För hennes Ph.D. forskning, undersökte Laura Woythe funktionaliteten hos molekyler fästa vid nanopartiklar för selektiv cancerinriktning med hjälp av avancerad optisk mikroskopiteknik eller optisk mikroskopi med "superupplösning".

Superupplösningsmikroskopi omfattar en grupp mikroskopitekniker som har en upplösningsförmåga som är 10 gånger högre än konventionell optisk mikroskopi. Detta möjliggör visualisering av nanometriska strukturer, såsom nanopartiklar och cellreceptorer, i intervallet 10 till 100 nanometer (nm). Det här storleksintervallet motsvarar att visualisera strukturer som är upp till 5 000 gånger mindre än ett människohår.

Med hjälp av superupplösningsmikroskopi kunde Woythe och hennes kollegor räkna individuella ligander på nanopartiklar och receptorer på cancerceller, vilket möjliggör finjustering av målinteraktionen. Dessa siffror kan gå långt mot att utveckla mer effektiv nanoterapeutisk leverans.

Woythes forskning är ett viktigt steg mot en bättre förståelse av nanomaterial för biomedicinska tillämpningar, specifikt selektiv cellinriktning av cancerceller och sjuka celler utan att påverka frisk vävnad, och på så sätt minimera de potentiella biverkningarna och den börda detta orsakar cancerpatienter. + Utforska vidare

Nanopartiklar tränar immunceller för att bekämpa cancer