De medische professie heeft lang gedroomd van een ideaal systeem voor het krijgen van medicijnen aan waar in het lichaam ze het meest nodig zijn. Nanoscientists aan de Universiteit van San Diego zijn gekomen met een nieuwe middelen om het te doen: waarom niet het vuur van de drugs op de beoogde doelstellingen, met behulp van kleine kanonnen?
Vroeg in de 20e eeuw, een duitse fysicus Paul Ehrlich kwam met het idee van het focussen op de levering van precies de juiste dosis van een therapeutische drug op een specifieke doelgroep, in plaats van te wachten voor het aan het werk geleidelijk zijn weg doorheen het lichaam via de bloedbaan. Deze krijgt meer van de drugs waar ze het meest nodig zijn, veel sneller, met minder vervelende bijwerkingen. Hij noemde het een “magic bullet.”
Joseph Wang en Sadik Esener, zowel nano-ingenieurs aan de UCSD, nam het idee van een magic bullet letterlijk, toen ze besloten om te bouwen van microcannons die misbruik maken van echo om te schieten teensy kogels met therapeutische middelen, diep in het zieke weefsel. Ze beschreven hun werk in een recente paper in het tijdschrift ACS Nano.
Wij associëren echografie in de eerste plaats met medische imaging-toepassingen, maar het is al lang van de belangstelling van de onderzoeker voor diverse therapeutische toepassingen. Bijvoorbeeld, zijn geluidsgolven met een hoge frequentie kan los hardnekkige tandplak op de tanden (het is nu een veel gebruikt hulpmiddel in de tandheelkunde) en hevig bloeden, vooral in de kleine bloedvaten gevonden in vitale organen. En het is steeds meer van belang voor targeted drug delivery.
Echografie is nuttig voor dit soort dingen, want het is grotendeels niet-invasief, en de ultrasone golven kunnen worden gericht op specifieke doelen, zoals een tumor. De techniek leidt niet enkel tot de release van drugs verpakt in kleine levering van pakketten bekend als micellen — via pure stress en shock golven gegenereerd door de bubbels (bekend als cavitatie)— het helpt ook om de drug te dringen dieper in het weefsel door het maken van de celmembranen iets meer poreus.
Gesponsord
De eerste stap voor Wang en Esener was de bouw van de microcannon — geen geringe prestatie, gezien het feit dat het maatregelen 5 micrometer, of over de dikte van spider silk. De UCSD wetenschappers deden dit door het ponsen van gaten in een membraan, zoals huid poriën, en dan spuiten de buitenkant van de gaten met een coating van grafeen oxide, gevolgd door een tweede coating van goud.
Daarna moesten ze “last” van het kanon met een 1-micron nanobullets (ongeveer de grootte van het HIV-virus) gemaakt van silica en verpakt in een vloeibare gel. Dat gel ook een perfluorocarbon (PFC) als drijfgas — want zonder drijfgas, hoe doe je het kanon te schieten? PFC begint te verdampen wanneer u schiet het met een ultrasone puls, en dit levert een teensy gasbelletjes die snel uitbreiden. Het is dat de snelle uitbreiding van dat “branden” de nanobullets uit de microcannon. Zonder de PFC, de microcannon niet in het vuur.
De UCSD wetenschappers met succes afgevuurd hun nanobullets naar kunstmatig weefsel, en vond dat, zoals voorspeld in hun simulaties, die nanobullets waren in staat om door te dringen het weefsel meer diep.
Vooruit gaan, Wang en Esener de ontwikkeling van deze ballistische tool verder, zodat het in staat is van het leveren van veel verschillende soorten drugs, en zelfs gelijktijdige levering van veel drugs. Het is ook mogelijk een dergelijke microcannons nuttig kunnen zijn voor het toedienen van vaccins.
Referenties:
Husseini, G. A. en Pitt, W. G. (2008) “Micells en nanodeeltjes voor ultrasone drug en gene delivery,” Adv. Drug Deliv. Rev. 60(1): 1137-1152
Soto, F. et al. (2015) “Akoestische microcannons: in de Richting van advanced micro ballistiek,” ACS Nano. Online gepubliceerd op 21 December 2015.
[Via Nanowerk Nieuws]
Afbeeldingen: Soto et al./Universiteit van Californië, San Diego.