Kleine magnetische zijde-ijzeren deeltjes kunnen geneesmiddelen rechtstreeks naar moeilijk bereikbare ziektekites sturen

Wat als artsen levensreddende behandelingen door het lichaam kunnen begeleiden met alleen een magneet? Een interdisciplinaire samenwerking aan de Swanson School of Engineering van de Universiteit van Pittsburgh brengt dat concept dichter bij de realiteit met de ontwikkeling van zijde -ijzermicrodeeltjes (Simps) – tiny, magnetische en biologisch afbreekbare dragers die zijn ontworpen om precies drugs en behandelingen te leveren aan locaties in het lichaam, zoals aneury’s of tumoren.

Onder leiding van Pitt Alumna Ande Marini, nu een postdoctorale geleerde in Cardiothoracale operatie aan de Stanford University, David Vorp, John A. Swanson hoogleraar bio -engineering en Justin Weinbaum, onderzoeksassistent hoogleraar bio -engineering, “de resultaten van het team,” chemische conjugatie van ijzer oxide nanoparticles voor de ontwikkeling van magnetisch directeur, “zijn gepubliceerd in ACS -toegepaste materialen en interfaces.

Het team van Marini werd geïnspireerd om deze deeltjes te ontwikkelen als onderdeel van de missie van hun lab om behandelingen te verbeteren voor abdominale aorta-aneurysma’s (AAA), die levensbedreigend kan zijn als het onbehandeld is en tot bijna 10.000 doden per jaar leidt. Door een vroeg stadium mogelijk te maken, niet -invasieve afgifte van regeneratieve therapieën met behulp van extracellulaire blaasjes – membraancapsules die intercellulaire communicatie kunnen vergemakkelijken – hopen ze uiteindelijk de behoefte aan chirurgische interventie voor AAA te verminderen.

“We willen een manier vinden om extracellulaire blaasjes af te leveren aan de plaats van een abdominaal aorta -aneurysma op de minst mogelijke manier.” Zei Vorp. “We stelden voor dat we extracellulaire blaasjes in een drager konden injecteren en vervolgens de drager op de een of andere manier naar de buitenkant van de aortale wand konden leiden, dus kwamen we op het idee om magnetische aantrekkingskracht te gebruiken.”

Om de magnetische deeltjes te creëren, werkte het team samen met Mostafa Bedewy, universitair hoofddocent werktuigbouwkunde en materialenwetenschappen aan de Swanson School, en Golnaz Tomaraei, Pitt alumna en voormalige Ph.D. student. De expertise van het duo in nanomaterialen en nanofabricage hielp het team de magnetische nanodeeltjes te creëren, die ongeveer een honderdduizendste van de breedte van een menselijk haar zijn. Op die extreem kleine schaal kunnen nanomaterialen worden gemanipuleerd om unieke eigenschappen aan te nemen, zoals magnetische responsiviteit.

“Onze rol was om magnetische nanodeeltjes te synthetiseren met de juiste eigenschappen en ze aan de zijde te binden, zodat ze gehecht zouden blijven tijdens beweging,” zei Bedewy. “Je kunt het bedenken zoals vracht slepen – we hebben de deeltjes gemaakt om medicijnen te dragen, en de nanodeeltjes zijn de sleephaak.”

Magnetisch directbare materialen zijn eerder gebruikt voor een verscheidenheid aan medische toepassingen, maar de unieke aanpak van het team was om de SIMP’s te creëren door de magnetische nanodeeltjes chemisch te conjugeren aan zijde – een door de FDA goedgekeurde, biocompatibel materiaal – die de chemische verbinding glutathione gebruiken.

“We overbrugden biomaterialen en chemische conjugatie om deeltjes te creëren die magnetisch kunnen worden geleid,” zei Marini. “Door nanodeeltjes van ijzeroxide chemisch te binden aan de geregenereerde zijden fibroin, hebben we hun magnetische beweegbaarheid verbeterd, zodat we ze mogelijk extern kunnen lokaliseren naar een plaats van interesse in het lichaam.”

Dit onderzoek opent de deur naar een breed scala aan toekomstige toepassingen – van gerichte kankertherapieën tot regeneratieve behandelingen voor hart- en vaatziekten. Met de mogelijkheid om de deeltjes magnetisch te leiden, is de volgende stap ze laden met therapeutische lading.

“Met dit artikel laten we zien dat we een lege drager kunnen maken die magnetisch kan worden verplaatst,” zei Marini. “De volgende stap is om erachter te komen wat voor soort lading we kunnen laden – regeneratieve factoren, medicijnen of andere materialen die mensen willen magnetisch lokaliseren. Of het nu gaat om medicijnen met kanker met minder bijwerkingen of het vertragen van weefselafbraak in aneurysma’s, deze technologie heeft een breed potentieel voor regeneratieve geneeskunde.”

Op nanoschaal helpen deze bevindingen ook het team van Bewewy om de moleculaire structuur van de deeltjes te blijven aanpassen en hun geneesmiddelafgiftesnelheden te regelen voor verbeterde biomedische toepassingen.

“We proberen een toolbox met behandelingen te maken, en in de materiaalwetenschap is er veel ruimte om meer hulpmiddelen te maken die nuttig kunnen zijn voor artsen en bio -ingenieurs om verschillende manieren te creëren om problemen in het lichaam op te lossen,” zei Bedewy. “Dit is een opwindend project waarbij mensen met zeer verschillende sets van expertise samenkwamen om een ​​probleem op te lossen en een uitkomst te produceren die mogelijk een enorme impact kan hebben op het mensenlevens.”