Precisie-medicijnafgifte met magnetische besturing, door licht getriggerde afgifte kan de behandeling van kanker verbeteren

Onderzoekers hebben aangetoond dat containers van microscopische medicijnafgifte magnetisch naar hun doelen kunnen worden gestuurd, waardoor de ontwikkeling van precisiegeneeskunde voor de behandeling van ziekten zoals kanker wordt doorgevoerd.

Een multi-universitair team onder leiding van Jie Feng, een professor in mechanische wetenschap en engineering aan het Grainger College of Engineering aan de Urbana-Champaign van de Universiteit van Illinois, heeft aangetoond dat magnetische deeltjes die zijn ingekapseld in lipide-blaasjes kunnen worden gebruikt om de blaasjes door vloeistoffen te sturen.

Dit werk, gepubliceerd in het dagboek Nanoschaalbouwt voort op eerdere resultaten waaruit blijkt dat lipide -blaasjes kunnen worden ontworpen om medicijnen af te geven wanneer ze worden verlicht met laserlicht. Het resulterende systeem, dat beide resultaten combineert, is een uitgebreid prototype voor precisie en gerichte medicijnafgifte.

“De aantrekkingskracht van lipide -blaasjes voor medicijnafgifte is dat hun structuur vergelijkbaar is met een cel, zodat ze kunnen worden gemaakt om alleen te interageren met bepaalde soorten cellen – een aanzienlijk voordeel voor de behandeling van kanker,” zei Feng. “Een van de uitdagingen voor het realiseren van dergelijke voertuigen is weten hoe ze naar de juiste site kunnen sturen. We hebben laten zien hoe we dit moeten doen met behulp van magnetische velden, het oplossen van het laatste grote probleem voordat we beginnen met demonstraties ex vivo.”

Feng merkte op dat bestaande medische technologieën zoals MRI kunnen worden hergebruikt om voertuigen van geneesmiddelen af te leveren met hun magnetische velden, vooral omdat deze velden zijn ontworpen om het menselijk lichaam te penetreren. Dit kan worden bereikt door een superparamagnetisch deeltje in het voertuig van geneesmiddelenafgifte in te kappen, zodat het interageert met het extern gecontroleerde magnetische veld.

De eerste stap bij het creëren van magnetisch bestuurbare lipide -blaasjes was het ontwikkelen van een betrouwbare methode om magnetische deeltjes in de blaasjes in te kapselen. Vinit Malik, een afgestudeerde student van Illinois Grainger engineering in het laboratorium van Feng en de hoofdauteur van de studie, gebruikte de methode van ‘omgekeerde emulsie’, waarin magnetische deeltjes worden toegevoegd aan een oplossing van opgeloste lipiden, wat leidt tot lipidedruppels die zich rond de deeltjes vormen.

“Het was niet duidelijk wat de beste manier om lipide -deeltjes in te kapselen zou zijn, dus er was een grote literatuuronderzoek en wat vallen en opstaan,” zei Malik. “We moesten bepalen wat de beste magnetische deeltjesgrootte is, en toen moesten we erachter komen dat de omgekeerde emulsiemethode de hoogste opbrengsten heeft voor ingekapselde deeltjes.”

Vervolgens toonden de onderzoekers aan dat magnetische velden de lipide -blaasjes konden richten. Malik ontwikkelde een 3D-printbaar platform om de magneten veilig op een microscoop te monteren en de blaasjes in een oplossing tussen de magneten te plaatsen. Door de resulterende beweging te observeren, zagen de onderzoekers hoe snelheid varieerde met de verhouding van magnetische deeltjesgrootte tot blaasjesgrootte. Ze bevestigden ook dat de blaasjes hun lading alleen vrijgeven wanneer ze worden verlicht met laserlicht na het verplaatsen naar het uiteinde van het microfluïdische kanaal.

Hoewel deze experimenten aantoonden dat de lipide -blaasjes bewogen zoals verwacht in magnetische velden, was het noodzakelijk om ook te begrijpen hoe het magnetische deeltje het blaasje van binnenuit duwt om het gedrag van het hele apparaat te begrijpen. De Illinois -onderzoekers werkten samen met onderzoekers van de Santa Clara University om de interne dynamiek van het blaasje computationeel te bestuderen om de bewegingssnelheid te voorspellen. Met behulp van de rooster Boltzmann -methode zagen ze hoe het magnetische deeltje het hele blaasje sleepte bij het bewegen door een magnetisch veld.

“Het stelde ons in staat om onze experimenten uit te breiden, omdat het anders moeilijk is om de reactie van een dergelijk blaassysteem te observeren of te voorspellen,” zei Malik. “Het geeft ons voorspellende kracht die de ontwerprichtlijnen zal verbeteren en ons in staat stelt de fysieke mechanismen die de beweging te bepalen te begrijpen.”

Gewapend met experimentele demonstraties van door licht geïnduceerde geneesmiddelenafgifte en magnetisch besturing, wil Feng’s laboratorium nu beginnen in vitro-onderzoeken die aantonen dat de lipide-blaasjes magnetisch naar specifieke locaties kunnen worden gestuurd door vloeistoffen zoals menselijk bloed.

“Onze gecombineerde resultaten leggen de basis voor een uitgebreid precisie -medicijnafgiftesysteem en we zijn klaar om het potentiële gebruik in de behandeling te verkennen,” zei Feng. “We werken aan de volgende stap: het gebruik van een echt medicijn en het uitvoeren van een in vitro onderzoek in een microfluïdisch systeem dat kenmerken van biologische omgevingen simuleert.”

De andere bijdragers van deze studie zijn Chenghao Xu (Illinois Grainger Engineering); Abdallah Daddi-Moussa-Mider (The Open University); Chih-Tang Liao en op Shun Pak (Santa Clara University); en Yuan-Nan Young (New Jersey Institute of Technology).