Nová metoda používá magnetismus pro cílené dodávání léčiva

Vědci prokázali, že mikroskopické nádoby na dodávání léčiva mohou být magneticky nasměrovány ke svým cílům a rozvíjejí vývoj přesné medicíny pro léčbu nemocí, jako je rakovina.

Tým s více univerzitou vedený Jie Fengem, profesorem mechanické vědy a inženýrství na Grainger College of Engineering na University of Illinois Urbana-Champaign, prokázal, že magnetické částice zapouzdřené v lipidových vezikulách lze použít k nasměrování vezikul skrz tekutiny.

Tato práce, publikovaná v Royal Society of Chemistry Journal NanočásticeStaví na dřívějších výsledcích, které ukazují, že lipidové vezikuly mohou být vytvořeny tak, aby uvolňovaly léky, když byly osvětleny laserovým světlem. Výsledný systém kombinující obou výsledků je komplexní prototyp pro přesnost a cílené dodávání léčiva.

„Přitažlivost lipidových váčků pro dodávání léčiva je, že jejich struktura je podobná buňce, takže je lze provést k interakci pouze s konkrétními druhy buněk – významnou výhodou pro léčbu rakoviny. Jednou z výzev k realizaci takové vozidla je vědět, jak je nasměrovat na správné místo.

Jie Feng, profesor, mechanická věda a inženýrství, Grainger College of Engineering, University of Illinois Urbana-Champaign

Feng poznamenal, že stávající lékařské technologie, jako je MRI, by mohly být přeměněny na vozidla pro dodávání léčiv pomocí magnetických polí, zejména proto, že tato pole jsou navržena tak, aby pronikla do lidského těla. Toho lze dosáhnout zapouzdřením superparamagnetické částice ve vehikulu dodávání léčiva, takže interaguje s externě kontrolovaným magnetickým polem.

Prvním krokem při vytváření magneticky řízených lipidových vezikul bylo spolehlivou metodu pro zapouzdření magnetických částic ve váčcích. Vinit Malik, postgraduální student Illinois Grainger Engineering ve Fengově laboratoři a hlavní autor studie, použil metodu „obrácené emulze“, ve které se přidávají magnetické částice do roztoku rozpuštěných lipidů, což vede k lipidovým kapičkám kolem částic.

„Nebylo zřejmé, jaký by byl nejlepší způsob, jak zapouzdřit částice lipidů, takže došlo k velkému vyhledávání literatury a nějaké pokusy a omyly,“ řekl Malik. „Museli jsme určit, co je nejlepší velikost magnetická částice, a pak jsme museli zjistit, že invertovaná emulzní metoda má nejvyšší výnosy pro zapouzdřené částice.“

Dále vědci prokázali, že magnetická pole by mohla lipidová váčky řídit. Malik vyvinul 3D tiskovou platformu pro bezpečně namontovat magnety na mikroskop a umístit váčky do roztoku mezi magnety. Pozorováním výsledného pohybu vědci pozorovali, jak se rychlost lišila s poměrem velikosti magnetické částice k velikosti vezikul. Potvrdili také, že vezikuly uvolňují svůj náklad pouze tehdy, když se osvětlují laserovým světlem po přechodu na konec mikrofluidního kanálu.

Zatímco tyto experimenty ukázaly, že lipidové vezikuly se pohybovaly podle očekávání v magnetických polích, bylo nutné také pochopit, jak magnetická částice tlačí vezikula zevnitř, aby pochopila chování celého zařízení.

Vědci z Illinoisů spolupracovali s vyšetřovateli na univerzitě v Santa Clara, aby výpočetně studovali vnitřní dynamiku vezikuly, aby předpovídali rychlost pohybu. Pomocí metody mřížky Boltzmann pozorovali, jak magnetická částice při pohybu magnetickým polem táhne magnetická částice.

„To nám umožnilo rozšířit naše experimenty, protože je jinak obtížné pozorovat nebo předpovídat reakci takového systému vezikul,“ řekl Malik. „Dává nám prediktivní sílu, která zlepší pokyny pro návrh a umožní nám porozumět fyzickým mechanismům upravujícím pohyb.“

Ozbrojená experimentální demonstrace uvolňování léčiva a magnetického řízení vyvolaného světlem a magnetickým řízením se nyní zaměřuje na zahájení studií in vitro, což ukazuje, že lipidové váčky mohou být magneticky nasměrovány na specifická místa prostřednictvím tekutin, jako je lidská krev.

„Naše kombinované výsledky kladou základ pro komplexní systém dodávání léčiv a jsme připraveni prozkoumat potenciální využití v léčbě,“ řekl Feng. „Pracujeme na dalším kroku: pomocí skutečného léčiva a provádění studie in vitro v mikrofluidním systému, který simuluje rysy biologického prostředí.“