I mer än tre decennier har biomedicinska nanomaterial framgångsrikt utvecklats till förmån för theranostics - en sammansatt term som hänvisar till diagnoser och behandling av tumörer. Nanopartiklarna måste nå tumörplatsen och dess distinkta mikromiljö för att rikta in sig på behandlingen av tumören.

Nyligen genomförda studier visar att de fysikaliska egenskaperna hos nanopartiklar, särskilt deras storlek och form, påverkar deras biologiska beteende dramatiskt. Kontroll över dessa materialegenskaper är nödvändig för att säkerställa att behandlingen frisätts vid tumören, efter att partiklarna har cirkulerat genom olika andra friska fysiologiska mikromiljöer.

I Applied Physics Reviews , forskare från Kina och USA undersöker hur biologi utlöser morfologiska förändringar i vissa typer av nanopartiklar. Dessa typer av partiklar kallas smarta transformerbara nanopartiklar, eftersom de kan ändra sin storlek och form vid stimulering från sin omgivande miljö.

Dessa smarta transformerbara nanopartiklar är särskilt lovande för tumörterapi eftersom deras fysiska egenskaper kommer att anpassa sig till fysiologin. Dessa anpassningar förbättrar partikelcirkulationen, biodistribution, tumörpenetration, tumörretention och subcellulär distribution för riktad terapi.

"Smarta transformerbara nanopartiklar kan förändra sin morfologi under olika fysiologiska förhållanden som de terapeutiska kraven", säger medförfattaren Jianxun Ding. "I vår studie avslöjar vi de strukturella designerna för dessa smarta system såväl som de djupgående mekanismerna för transformationerna."

Forskarna presenterar designen av transformerbara nanopartiklar som en riktlinje för deras konstruktion och diskuterar de biomedicinska tillämpningarna inom theranostics. Ding och hans kollegor visar upp sin insikt genom nya klassificeringar för nanopartikeltransformationsdesign och de mekanismer som bidrar till förändringen.

Till exempel delar forskarna in designtransformationen i två breda kategorier:storlek och form. För storlekstransformerbara nanopartiklar är förändringarna ytterligare uppdelade i små till stora och stora till små transformationer. Studien avslöjar detaljerade och rationella konstruktioner av transformerbara nanopartiklar baserat på deras strukturer.

När det gäller mekanismerna som bidrar till omvandling av nanopartiklar, "trodde vi att strukturen och stimuli båda gjorde ett stort bidrag", sa Ding. "Till exempel bestämde olika pH-värden den exakta platsen för transformationen, vilket korrelerar med olika fysiologiska, extracellulära och endo/lysosomala förhållanden."

Nanopartiklar med konstant fysikalisk morfologi har undersökts i stor omfattning och tillämpats i tumörterapi tidigare, medan nyare studier av fenomen för nanopartikeltransformation har fokuserat främst på svaret på stimuli. Hittills har det dock inte förekommit en djupgående diskussion om design och tillämpningar av morfologiomvandlingsbara nanopartiklar.

"Vår granskning täcker strukturdesignen, mekanismen för transformation och biomedicinsk tillämpning av smarta transformerbara nanopartiklar, och inkluderar perspektiv på deras begränsningar också", säger Ding. "Vi tror att denna granskning kommer att belysa detta viktiga område." + Utforska vidare

Ny sensor upptäcker allt mindre nanopartiklar