De vooruitgang in de nanogeneeskunde toont potentieel voor gepersonaliseerde point-of-care-therapieën

Stefan Wilhelm, universitair hoofddocent aan de Stephenson School of Biomedical Engineering aan de Universiteit van Oklahoma, en verschillende studenten in zijn Biomedical Nano-Engineering Lab hebben onlangs gepubliceerd een artikel in het tijdschrift Nano-brieven dat hun recente belangrijke vooruitgang op het gebied van de nanogeneeskunde schetst.

De groep onderzocht hoe hulpmiddelen konden worden ontwikkeld die nanomedicijnen, zoals vaccinformuleringen, direct op de zorglocatie kunnen produceren. Door dit te doen zouden de uitgebreide gecentraliseerde faciliteiten, de uitdagingen op het gebied van de scheepvaart en de extreme uitdagingen op het gebied van koudeopslag waarmee de COVID-19-pandemie te maken kreeg, de distributie van vaccins niet langer beperken.

Wilhelm gebruikte samen met studentonderzoekers zoals Hamilton Young, een senior student biomedische technologie, en Yuxin He, een afgestudeerde onderzoeksassistent in biomedische technologie, 3D-printeronderdelen om vloeistofstromen met elkaar te mengen die de bouwstenen van nanogeneesmiddelen en hun lading bevatten in een T-mixer formaat.

“Dit mengapparaat is in wezen een T-vormig stuk buis dat twee vloeistofstromen dwingt in elkaar te stromen, waardoor nanomateriaal en nuttige componenten met elkaar worden gemengd. Eenmaal gemengd, zou het eindproduct via het andere uiteinde naar buiten komen”, zei Wilhelm. “Dit mengconcept wordt gebruikt in industriële processen, dus we vroegen ons af of we deze apparaten zo kostenefficiënt mogelijk konden maken.”

Het team ontdekte een publicatie van een Europese onderzoeksgroep die aantoonde dat in de handel verkrijgbare 3D-printers opnieuw in elkaar konden worden gezet tot spuitpompen die nodig waren om de vloeistoffen door het T-mixer-apparaat te duwen. Eenmaal gebouwd, probeerden ze nanomedicijnen te produceren met hun 3D-gebouwde T-mixer.

“We concentreerden ons op formuleringen die in de kliniek worden gebruikt, zoals mRNA-lipidenanodeeltjes, liposomen en polymere nanodeeltjes. Een van de moleculen die we gebruikten is ontwikkeld door een medewerker van OU Health Sciences om de groei van prostaatkankercellen te beperken,” zei Wilhelm. . “We hebben dit molecuul ingekapseld in onze nanomedicijnformuleringen en hebben aangetoond dat het de groei van prostaatkankercellen daadwerkelijk verhindert.”

Op basis van dit voorbeeld heeft het onderzoek van het team potentieel brede implicaties voor nieuwe kankertherapieën en vaccins tegen infectieziekten, aangezien mRNA-technologie al wordt gebruikt in klinische onderzoeken voor gepersonaliseerde kankervaccins.

“Al deze mRNA-technologie is afhankelijk van nanotechnologie. mRNA-moleculen worden te snel in het lichaam afgebroken om effectief te zijn zonder ze in nanodeeltjes in te kapselen, ” zei Wilhelm. “Dit proces zou een mooie toekomst kunnen openen voor nanotechnologie in de geneeskunde en zal hopelijk de gezondheidszorg aanzienlijk verbeteren.”

Wilhelm voorziet ook een toekomst waarin artsenpraktijken en klinieken in plattelandsgemeenschappen met beperkte middelen deze technologie zouden kunnen gebruiken om gepersonaliseerde vaccins te creëren. Zijn werk met B4NANO, een partnerschaps- en outreachprogramma met inheemse Amerikaanse stammen en gemeenschappen in Oklahoma, inspireert dit doel.

“Ik zou een toekomstige situatie kunnen zien waarin een patiënt een dokterspraktijk binnenloopt met een besmettelijke ziekte – mogelijk kanker. Na een diagnose door de dokter wordt er bij de dokter een vaccin geproduceerd op een manier die vergelijkbaar is met hoe een koffiezetapparaat voor eenmalig gebruik zou werken. werkt – u stopt gewoon uw capsules, drukt op een knop en krijgt een gepersonaliseerd vaccin voor die patiënt”, zei Wilhelm. “Ons doel is om dit soort benchtop-apparaten te ontwikkelen en dan hopelijk industriële partners te vinden om dergelijke systemen op de markt te brengen.”

Een ander doel dat Wilhelm heeft is het opleiden van de volgende generatie biomedische ingenieurs, zoals Young en He, om uitdagingen in de gezondheidszorg op te lossen.

“De uitdagingen waarmee we worden geconfronteerd in de biomedische technologie vereisen dat we een divers team hebben, met mensen met allerlei verschillende achtergronden. Iedereen brengt zijn unieke perspectief en unieke vaardigheden met zich mee”, zei Wilhelm. “Mijn lab legt veel nadruk op het werken met studenten, zelfs middelbare scholieren, en op het overbruggen van de kloof tussen studenten, studenten en postdocs. Ze leren van elkaar en leren elkaar te begeleiden.”