Эти многослойные капсулы показывают три черты, которых было трудно достигнуть в единственном предприятии. У них есть хороший контраст отображения, который позволяет обнаружение с ультразвуком малой мощности, они могут устойчиво и эффективно заключить в капсулу лекарство от рака doxorubicin, и и нижний уровень – и доза более высокой власти ультразвука могут вызвать выпуск того груза.Эти три особенности создают управляемую систему доставки лекарственных средств, чтобы предназначаться для солидных опухолей.
Терапевтическая эффективность может быть далее улучшена посредством поверхностных модификаций, чтобы повысить возможности планирования. Диагностический ультразвук малой мощности тогда мог визуализировать нанокапсулы, когда они сконцентрировались в опухоли, и терапевтический ультразвук более высокой дозы выпустит препарат в эпицентре, спасая остальную часть тела от ограничивающей дозу токсичности.Этот точный контроль того, когда и то, где doxorubicin или другие лекарства от рака выпущены, могло предложить неразрушающую альтернативу хирургии рака или системной химиотерапии, отчету исследователей UAB в журнале ACS Nano, у которого есть фактор воздействия 13,3.
«Мы предполагаем совершенно другой подход к лечению твердых человеческих опухолей многочисленных патологических подтипов, включая общую метастатическую зловредность, такую как грудь, меланома, двоеточие, простата и легкое, используя эти капсулы как платформу доставки», сказала Юджиния Харлэмпива, доктор философии, адъюнкт-профессор в Отделе Химии, Колледже UAB Искусств и Наук. «Эти капсулы могут защитить заключенную в капсулу терапию от деградации или разрешения до достижения цели и иметь контраст ультразвука как средство визуализации выпуска препарата. Они могут выпустить свой скрытый груз препарата в определенных местоположениях через внешне прикладное воздействие ультразвука».
Харлампиева – кто создает ее новые «умные» частицы, работая на перекрестке химии полимера, нанотехнологий и биомедицинской науки – говорит, что есть срочное, и до сих пор не встречено, потребность в такой легко изготовленной, управляемой системе доставки лекарственных средств.Исследователи UAB, во главе с Харлампиевой и co-first авторами Юном Ченом и Сизирой Рэтнаякой, используют переменные слои биологически совместимой дубильной кислоты и poly (N-vinylpyrrolidone) или TA/PVPON, чтобы построить их микроперевозчики. Слои сформированы вокруг жертвенного ядра твердого кварца или пористого карбоната кальция, который расторгнут после того, как слои полны.
Изменяя количество слоев, молекулярную массу PVPON или отношение толщины раковины к краткому диаметру, исследователи смогли изменить физические черты капсул и их чувствительности к диагностическому ультразвуку на уровнях власти ниже максимума FDA для клинического отображения и диагноза.Например, одна четверть пустых микрокапсул, сделанных с четырьмя слоями веса TA/low-molecular, PVPON были разорваны на три минуты ультразвука, в то время как капсулы сделали из 15 слоев веса TA/low-molecular PVPON или капсулы сделанными из четырех слоев веса TA/high-molecular PVPON, не показала разрыва. У разорванных капсул была более низкая механическая жесткость, которая сделала их более чувствительными к изменениям давления ультразвука. Эксперименты показали, что отношение толщины краткой стены к диаметру капсулы – ключевая переменная для чувствительности к разрыву.
Чтобы проверить контраст отображения ультразвука микрокапсул, исследователи UAB сделали капсулы, которые были 5 микрометров шириной, или приблизительно в два раза шире, чем капсулы, используемые в экспериментах разрыва. Этот размер достаточно небольшой, чтобы все еще пройти через капилляры в легком, в то время как больший размер для различных микрочастиц, как известно, значительно улучшает контраст ультразвука.
У эритроцитов, для сравнения размера, есть диаметр приблизительно 6 – 8 микрометров.Исследователи сочли это 5 микрометров шириной, пустые капсулы, которые были сделаны с восемью слоями веса TA/low-molecular, PVPON показал, что ультразвук контрастирует сопоставимый с коммерчески доступным агентом контраста микросферы Дефинити.
Когда капсулы UAB – у которых есть толщина раковины приблизительно 50 миллимикронов – были загружены doxorubicin, контраст отображения ультразвука увеличился два – до восьмикратно по сравнению с пустыми капсулами, в зависимости от способа используемого отображения ультразвука. Эти doxorubicin-нагруженные капсулы были очень устойчивы без изменения в контрасте отображения ультразвука после шести месяцев хранения. Воздействие сыворотки, которая, как известно, внесла белки на различных микрочастицах, не погасило контраст отображения ультразвука микрокапсул TA/PVPON.
Терапевтическая доза ультразвука смогла разорвать 50 процентов 5 микрометров, doxorubicin-нагруженные микрокапсулы, выпустив достаточно doxorubicin, чтобы вызвать 97-процентную цитотоксичность в человеческих клетках аденокарциномы груди в культуре. Клетки аденокарциномы, которые были выведены с неповрежденными doxorubicin-нагруженными микрокапсулами, остались жизнеспособными.Таким образом Харлампиева говорит, у этих капсул TA/PVPON есть большой потенциал как «theranostic» агенты для эффективной терапии рака вместе с ультразвуком.
Термин theranostic относится к наночастицам или микрокапсулам, которые могут удвоиться как диагностические вещества отображения и как терапевтические перевозчики доставки лекарственных средств.Следующий важный преклинический шаг, Харлампиева говорит, в сотрудничестве с Марком Болдингом, доктором философии, доцентом в Отделе UAB Рентгенологии, и Джейсоном Варрэмом, доктор философии, доцент в Отделе UAB Отоларингологии, будет исследованиями в моделях животных, чтобы исследовать, сколько времени капсулы UAB сохраняются в кровообращении и где они распределяют в теле.