Den medisinske profesjon har lenge drømt om en ideell levering system for å få stoff til hvor i kroppen de trengs mest. Nanoscientists ved Universitetet i San Diego har kommet opp med en roman betyr å gjøre det: hvorfor ikke brann narkotika på den tiltenkte mål, ved hjelp av små kanoner?
Tidlig i det 20. århundre, en tysk lege ved navn Paul Ehrlich kom opp med ideen om å fokusere levering av akkurat den rette dosen av et terapeutisk legemiddel ved et spesifikt mål, heller enn å vente på det å gradvis jobbe seg gjennom kroppen via blodbanen. Dette blir mer av narkotika til der de trengs mest, mye mer raskt, med langt færre ekle bivirkninger. Han kalte det en “magic bullet.”
Joseph Wang og Sadik Esener, både nano ingeniører ved UCSD, tok oppfatningen av en magic bullet bokstavelig talt når de bestemte seg for å bygge microcannons som utnytter ultralyd for å skyte teensy kuler som inneholder terapeutiske agenter dypt inn i sykt vev. De beskrev sitt arbeid i en fersk artikkel i tidsskriftet ACS Nano.
Vi har en tendens til å knytte ultralyd først og fremst med medical imaging programmer, men det har lenge vært av interesse for forskere for ulike terapeutiske bruker. For eksempel, sin høyfrekvente lydbølger kan løsne sta plakk på tennene (det er nå et vanlig verktøy i odontologi) og trofast blødninger, spesielt i de små blodårene som finnes i vitale organer. Og det er økende grad av interesse for målrettet bedøve levering.
Ultralyd er nyttig for denne typen ting, fordi det er i stor grad ikke-invasiv, og ultrasoniske bølger kan være fokusert på spesifikke mål, for eksempel en kreftsvulst. Teknikken ikke bare utløser utgivelse av stoff innkapslet i små levering pakker kjent som micelles — via ren stress og sjokk-bølger generert av bobler (kjent som kavitasjon)— det hjelper også stoffet trenge dypere inn i vevet ved å gjøre cellemembranene litt mer porøse.
Sponset
Det første trinnet for Wang og Esener var å bygge microcannon — ingen liten prestasjon, gitt at de måler 5 micrometers, eller om tykkelsen av spider silke. UCSD forskere gjorde dette ved punching hull i membranen, som huden porene, og deretter spraye utsiden av hullene med et belegg av grafén-oksid, etterfulgt av en andre belegg av gull.
Deretter måtte de “load” kanon med 1-mikrometer nanobullets (omtrent på størrelse med HIV-virus) som består av silisium og innkapslet i en væske gel. Som gel inneholdt også en perfluorocarbon (PFC) som drivstoff — fordi uten drivstoff, hvordan kan du skyte kanonen? PFC begynner å fordampe når du skyter den med en ultralyd puls, og dette gir teensy gass bobler som utvider seg raskt. Det er den raske utvidelsen som “fyrer” nanobullets ut av microcannon. Uten PFC, microcannon bare ikke brann.
UCSD forskere lykkes skjøt sine nanobullets inn kunstig vev, og fant ut at, som forutsagt i sine simuleringer, de nanobullets var i stand til å trenge gjennom vev mer dypt.
Fremover, Wang og Esener vil være å utvikle dette ballistiske verktøyet ytterligere, slik at det er i stand til å levere mange forskjellige typer narkotika, og selv samtidig levering av mange legemidler. Det er også mulig slik microcannons kunne være nyttig for administrasjon av vaksiner.
Referanser:
Husseini, G. A. og Pitt, W. G. (2008) “Micells og nanopartikler for ultralyd stoffet, og genet levering,” Adv. Bedøve Levere. Rev. 60(1): 1137-1152
Soto, F. et al. (2015) “Akustisk microcannons: Mot advanced micro ballistikk,” ACS Nano. Lagt ut på nettet 21. desember 2015.
[Via Nanowerk Nyheter]
Bilder: Soto et al./University of California, San Diego.