Langwerpige nanocapsules kunnen worden bereid door polymerisatie aan het oppervlak van langwerpige liposoomtemplates met geneesmiddelnanokristallen. Krediet: Monash University
Onderzoekers van de Monash University hebben bij ANSTO geavanceerde technieken gebruikt om de productie van nieuwe, langwerpige polymeernanocapsules met een hoog laadvermogen van medicijnnanokristallen te onderzoeken om de doelgerichtheid van geneesmiddelen mogelijk te vergroten en ook de doseringsfrequentie en bijwerkingen te verminderen.
Deze methode was niet eerder onderzocht en vertegenwoordigt een baanbrekende onderzoeksmethode op het gebied van colloïdale wetenschappelijke toepassingen voor medicijnafgifte.
Nanodeeltjes zijn gebruikt om de afgifte-efficiëntie van kankertherapie te verhogen vanwege hun biocompatibiliteit, veelzijdigheid en het gemak van functionalisering.
Het team ontwikkelde nieuwe langwerpige polymeer nanocapsules, die anders zijn dan de meer bekende bolvormige nanocapsules.
De langwerpige polymeer nanocapsules werden gemaakt met langwerpige liposomen of oppervlakteactieve blaasjes en gebruikten medicijn nanokristallen als sjabloon.
De resultaten leverden sterk bewijs dat de langwerpige structuur kon worden behouden, en bevestigden ook dat de laadmethode om staafachtige medicijnnanokristallen in liposomen te vormen een praktische oplossing was.
De combinatie van de hoge nuttige lading van geneesmiddelen, in de vorm van ingekapselde nanokristallen, en het niet-sferische kenmerk van liposomen vertegenwoordigde een efficiënter toedieningssysteem.
Bolvormige holle nanocapsules zijn uitgebreid bestudeerd, maar de vorming van langwerpige nanocapsules die actieve farmaceutica als therapeutische middelen bevatten, was eerder grotendeels onsuccesvol.
“Er zijn problemen bij het behouden van de langwerpige vorm en hun inkapselingsefficiëntie is laag”, verklaarde onderzoeker Yunxin (Cindy) Xiao, een Ph.D. kandidaat die in de Nonlaminar-groep werkt met Prof Ben Boyd van het Monash Biomedicine Discovery Institute. en de ontvanger van de Australian Institute of Nuclear Science and Engineering Post Graduate Research Award.
“De langwerpige vorm is beter omdat het voor immuuncellen moeilijker is om ze te internaliseren en omdat hun therapeutische efficiëntie op de doellocatie kan worden gemaximaliseerd.”
Na het verkrijgen van veelbelovende structurele resultaten met behulp van een liposomaal sjabloon dat is onderzocht met behulp van de kleine hoek röntgenverstrooiingsbundellijn bij ANSTO’s Australische Synchrotron en de kleine en ultrakleine kleine hoek neutronenverstrooiingsinstrumenten Bilby en Kookaburra in vorig onderzoek, de sjabloon werd gebruikt om langwerpige polymeer nanocapsules te vormen.
De onderzoekers gebruikten blaasjes gemaakt van oppervlakteactieve stoffen als sjablonen, waardoor de polymerisatie van een minder permeabele schil erin mogelijk was.
In hun experiment werden nanokristallen van het antibioticum ciprofloxacine vervolgens ingekapseld in de langwerpige nanocapsules (ongeveer 200 nm bij 30-50 nm). Belangrijk is dat wanneer de nanokristallen van het testgeneesmiddel werden geëxtraheerd uit de langwerpige nanokristallen in een oplosproces, de nanokristalcapsules hun vorm behielden.
Dit opent de mogelijkheid om ze te gebruiken bij het afleveren van een reeks actieve geneesmiddelen, zoals geneesmiddelen tegen kanker.
De onderzoekers wilden in detail bestuderen hoe het systeem werkte en moesten de verschillen zien tussen de drie lagen van het langwerpige systeem: nanokristallen van het medicijn, het langwerpige liposomale sjabloon en het verknoopte polymeer.
Omdat het liposomale sjabloon en de nanocapsules zijn bevestigd, is het echter een grote uitdaging om deze lagen te onderscheiden. Hier kunnen deuteratie en neutronenverstrooiing een mooie oplossing bieden.
In experimenten in het Australische Centrum voor Neutronenverstrooiing werd een soort gedeutereerd fosfolipide, geleverd door de National Deuteration Facility, gebruikt bij de vorming van de nanokristallen – wat betekent dat het kleinhoek-neutronenverstrooiingsinstrument Bilby de twee verschillende delen van het systeem.
Het verschil in neutronenverstrooiing van waterstof- en deuteriumatomen kan worden gebruikt in experimenten met contrastvariatie, die verschillende delen van een complex systeem mogelijk maken, zoals de langwerpige nanocapsules. te bestuderen.
Contrast in kleine-hoek neutronenverstrooiing kan de verschillende componenten maskeren of markeren als ze gedeutereerd zijn.
Het gebruik van verschillende instrumenten opent verschillende lengteschalen voor onderzoek – van micrometers tot nanometers.
Met het Bilby-instrument analyseerden de onderzoekers de vorming van de polymeren op het oppervlak van de langwerpige liposomale mal. Ze bepaalden ook de dikte van de langwerpige polymeerlaag en ontdekten welke delen van het systeem werden uitgerekt.
“De aanpak maakt het mogelijk om verschillende delen van de monsters onafhankelijk van elkaar te visualiseren”, zegt Xiao.
Omdat de stijve polymere schaal de vorm van de sjabloon kan aanpassen, kunnen de kenmerken ervan behouden blijven.
Het voordeel van het synthetiseren van een laag polymeer op het oppervlak van de nanocapsules in plaats van alleen de liposomen direct af te geven, geeft het verknoopte polymeer het vermogen om een ​​medicijn langzaam en veilig af te geven.
De polymeeromhulling vertraagt ​​verder de diffusie van geneesmiddelen uit de nanodragers, waardoor bijwerkingen worden verminderd en de dosisfrequentie wordt verlaagd.
Door het gebruik van verschillende instrumenten kunnen onderzoekers op verschillende lengteschalen onderzoeken.
Het werk van deze groep is eerder gepubliceerd in het tijdschrift Colloïden en oppervlakken B: Bio-interfaces.
Dit onderzoek was finalist in ANSTO’s Neutron en Deuteration Impact Awards. Het is ingediend voor publicatie.
Geleverd door Australian Nuclear Science and Technology Organization (ANSTO)
