Afstelbare coating zorgt ervoor dat liftende nanodeeltjes langs het immuunsysteem naar hun doel kunnen glippen

Nanodeeltjes zijn veelbelovende hulpmiddelen voor het afleveren van medicijnen, die de mogelijkheid bieden om medicijnen rechtstreeks aan een specifiek deel van het lichaam toe te dienen en de vreselijke bijwerkingen te vermijden die zo vaak worden gezien bij chemotherapeutica.

Maar er is een probleem. Nanodeeltjes worstelen om voorbij de eerste verdedigingslinie van het immuunsysteem te komen: eiwitten in het bloedserum die potentiële indringers taggen. Hierdoor bereikt slechts ongeveer 1 procent van de nanodeeltjes het beoogde doel.

“Niemand ontsnapt aan de woede van de serumeiwitten”, zegt Eden Tanner, een voormalig postdoctoraal onderzoeker in bio-engineering aan de Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS).

Nu hebben Tanner en een team van onderzoekers onder leiding van Samir Mitragotri, de Hiller Professor of Bioengineering en Hansjorg Wyss Professor of Biologically Inspired Engineering bij SEAS, een ionisch krachtveld ontwikkeld dat verhindert dat eiwitten binden aan nanodeeltjes en deze taggen.

Bij muisexperimenten bleven nanodeeltjes bedekt met de ionische vloeistof significant langer in het lichaam dan onbeklede deeltjes en, verrassend genoeg, bereikte 50 procent van de nanodeeltjes de longen. Het is voor het eerst dat ionische vloeistoffen worden gebruikt om nanodeeltjes in de bloedstroom te beschermen.

“Het feit dat deze coating ervoor zorgt dat de nanodeeltjes langs serumeiwitten glijden en op rode bloedcellen liften, is echt verbazingwekkend, want als je eenmaal in staat bent om het immuunsysteem effectief te bestrijden, ontstaan ​​er veel kansen”, aldus Mitragotri, die tevens lid van de kernfaculteit van het Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering van Harvard

Het onderzoek is gepubliceerd in Science Advances.

Ionische vloeistoffen, in wezen vloeibare zouten, zijn zeer afstembare materialen die een lading kunnen vasthouden.

“We wisten dat serumeiwitten nanodeeltjes in de bloedbaan opruimen door zich aan het oppervlak van het deeltje te hechten en we wisten dat bepaalde ionische vloeistoffen eiwitten kunnen stabiliseren of destabiliseren”, zei Tanner, die nu universitair docent Chemie en Biochemie is aan de Universiteit van Mississippi. “De vraag was: kunnen we de eigenschappen van ionische vloeistoffen gebruiken om nanodeeltjes ongezien langs eiwitten te laten glippen?”

“Het mooie van ionische vloeistoffen is dat elke kleine verandering die je in hun chemie aanbrengt, resulteert in een grote verandering in hun eigenschappen”, zegt Christine Hamadani, een voormalige afgestudeerde student aan SEAS en eerste auteur van het artikel. “Door één koolstofbinding te veranderen, kun je veranderen of deze eiwitten aantrekt of afstoot.”

Hamadani is momenteel een afgestudeerde student aan het laboratorium van Tanner aan de Universiteit van Mississippi.

De onderzoekers bedekten hun nanodeeltjes met het ionische vloeibare cholinehexenoaat, dat een afkeer heeft van serumeiwitten. Eenmaal in het lichaam leken deze met ionen-vloeistof gecoate nanodeeltjes spontaan te hechten aan het oppervlak van rode bloedcellen en te circuleren totdat ze het dichte capillaire systeem van de longen bereikten, waar de deeltjes zich afschoven in het longweefsel.

“Dit liftfenomeen was echt een onverwachte ontdekking”, zei Mitragotri. “Eerdere liftmethoden vereisten een speciale behandeling voor de nanodeeltjes om zich aan de rode bloedcellen te hechten en zelfs toen bleven ze slechts ongeveer zes uur op een doellocatie. Hier toonden we aan dat 50 procent van de geïnjecteerde dosis na 24 uur nog in de longen aanwezig was. . “

Het onderzoeksteam moet nog steeds het exacte mechanisme begrijpen dat verklaart waarom deze deeltjes zo goed naar longweefsel reizen, maar het onderzoek toont aan hoe nauwkeurig het systeem kan zijn.

“Dit is zo’n modulaire technologie”, zegt Tanner, die van plan is het onderzoek voort te zetten in haar laboratorium aan de Universiteit van Mississippi. “Elk nanodeeltje met een oppervlakteverandering kan worden gecoat met ionische vloeistoffen en er zijn miljoenen ionische vloeistoffen die kunnen worden afgesteld om verschillende eigenschappen te hebben. Je zou het nanodeeltje en de vloeistof kunnen afstemmen op specifieke locaties in het lichaam.”

“Wij als veld hebben zoveel mogelijk instrumenten nodig om het immuunsysteem te bestrijden en medicijnen te krijgen waar ze moeten zijn”, zei Mitragotri. “Ionische vloeistoffen zijn het nieuwste instrument op dat gebied.”