Stefan Wilhelm, docent vid Stephenson School of Biomedical Engineering vid University of Oklahoma, och flera studenter i hans Biomedical Nano-Engineering Lab har nyligen publicerat en artikel i tidskriften Nano Letters som beskriver deras senaste viktiga framsteg inom nanomedicin.
Gruppen undersökte hur man skapar verktyg som producerar nanoläkemedel, såsom vaccinformuleringar, direkt vid vårdplatsen. Genom att göra det skulle de omfattande centraliserade anläggningarna, sjöfartsutmaningarna och extrema kylförvaringsutmaningar som stod inför under covid-19-pandemin inte längre begränsa vaccindistributionen.
Wilhelm, tillsammans med studentforskare som Hamilton Young, en senior biomedicinsk ingenjörsstudent, och Yuxin He, en biomedicinsk ingenjörsutbildad forskningsassistent, använde 3D-skrivardelar för att blanda vätskeströmmar tillsammans innehållande nanoläkemedels byggstenar och deras nyttolaster i en T-mixer format.
"Denna blandningsanordning är i huvudsak en T-formad rördel som tvingar två vätskeströmmar att flöda in i varandra, och blandar nanomaterial och nyttolastkomponenter tillsammans. När den väl blandats, skulle den slutliga produkten gå ut genom den andra änden," sa Wilhelm. "Det här blandningskonceptet används i industriella processer, så vi undrade om vi kunde göra dessa enheter så kostnadseffektiva som möjligt."
Teamet upptäckte en publikation från en europeisk forskargrupp som visade att kommersiellt tillgängliga 3D-skrivare kunde sättas ihop till sprutpumpar som behövs för att driva vätskorna genom T-mixer-enheten. När de väl byggts försökte de producera nanomediciner med sin 3D-byggda T-mixer.
"Vi fokuserade på formuleringar som används på kliniken, såsom mRNA-lipidnanopartiklar, liposomer och polymera nanopartiklar. En av molekylerna vi använde utvecklades av en samarbetspartner vid OU Health Sciences för att begränsa tillväxten av prostatacancerceller," sa Wilhelm . "Vi kapslade in den här molekylen i våra nanomedicinska formuleringar och visade att den faktiskt stoppar dessa prostatacancerceller från att växa."
Baserat på detta exempel har teamets forskning potentiellt breda konsekvenser för nya cancerterapier och vacciner mot infektionssjukdomar, eftersom mRNA-teknik redan används i kliniska prövningar för personliga cancervacciner.
"All denna mRNA-teknik är beroende av nanoteknik. mRNA-molekyler bryts ned för snabbt i kroppen för att vara effektiva utan att kapsla in dem i nanopartiklar," sa Wilhelm. "Denna process kan öppna upp en ljus framtid för nanoteknik inom medicin och kommer förhoppningsvis att avsevärt förbättra vården."
Wilhelm förutser också en framtid där läkarmottagningar och kliniker på landsbygden med begränsade resurser kan använda denna teknik för att skapa personliga vacciner. Hans arbete med B4NANO, ett partnerskap och uppsökande program med indianstammar och samhällen i Oklahoma, inspirerar till detta mål.
"Jag kunde se en framtida situation där en patient går in på en läkarmottagning med en infektionssjukdom — möjligen cancer. Efter en diagnos av läkaren produceras ett vaccin på läkarmottagningen på ett sätt som liknar hur en kaffebryggare för en servering fungerar - du bara sätter i dina kapslar, trycker på en knapp och får ett personligt vaccin för den patienten," sa Wilhelm. "Vårt mål är att utveckla den här typen av bänkenheter och sedan förhoppningsvis hitta industripartner för att kommersialisera system som dessa."
Ett annat mål Wilhelm har är att utbilda nästa generation av biomedicinska ingenjörer, som Young och He, för att lösa utmaningar inom vården.
"Utmaningarna vi står inför inom biomedicinsk ingenjörskonst kräver att vi har ett mångsidigt team, med människor som kommer från alla olika typer av bakgrunder. Alla tar in sitt unika perspektiv, unika färdigheter," sa Wilhelm. "Mitt labb lägger stor vikt vid att arbeta med studenter på grundnivå, till och med gymnasieelever, och att överbrygga klyftan från studenter till doktorander till postdoktorer. De lär sig av varandra och lär sig att vägleda varandra."
Mer information: Hamilton Young et al, Mot den skalbara, snabba, reproducerbara och kostnadseffektiva syntesen av personliga nanomediciner vid vårdpunkten, Nano Letters (2024). DOI:10.1021/acs.nanolett.3c04171
Journalinformation: Nanobokstäver
Tillhandahålls av University of Oklahoma
