Las nanopartículas "peludas" hechas con materiales sensibles a la luz que se ensamblan podrían algún día convertirse en "nanoportadores" que brindan a los médicos una nueva forma de introducir simultáneamente los medicamentos terapéuticos y el calor contra el cáncer en los tumores. Esa es una posible aplicación para una nuevatecnología que combina materiales que repelen el agua pero son sensibles a la luz y que absorben agua en nano-reactores poliméricos para crear nanopartículas de oro fotosensibles.
La luz de longitudes de onda específicas hace que las nanopartículas se ensamblen y desarmen bajo demanda, lo que permite la organización dinámica de las nanopartículas para la liberación inteligente de fármacos in vitro. Al incluir moléculas de quimioterapia en las estructuras de nanopartículas cuando se ensamblan, las moléculas se pueden atraer a los tumores- y luego se libera con la aplicación de una luz a una longitud de onda más corta que desencadena el desmontaje a través de la escisión fotográfica.
Además de un autoensamblaje y desensamblaje tan dinámicos, la encapsulación y liberación de moléculas de quimioterapia también podría lograrse mediante la unión covalente reversible de medicamentos contra el cáncer a los "pelos" poliméricos situados en la superficie de las nanopartículas. Y al absorberlosluz que desencadena la liberación del fármaco, las nanopartículas de oro también podrían calentar las células cancerosas, proporcionando un doble golpe.
En una amplia gama de otras aplicaciones, el proceso de autoensamblaje de nanopartículas también podría desencadenarse por factores ambientales como la temperatura, el pH o la polaridad del solvente al diseñar racionalmente los pelos poliméricos. En este estudio, se usaron nanopartículas de oro, pero el proceso podríatambién fabrican nanopartículas autoensambladas a partir de una variedad de metales y óxidos metálicos. Al adaptar la superficie de las nanopartículas con polímeros que absorben agua que contienen componentes sensibles al infrarrojo cercano, la liberación del fármaco podría realizarse in vivo.
Las nanopartículas de oro esféricas se pueden reemplazar con nanomateriales de formas más complejas, como nanopartículas huecas, nanorods o nanotubos, para lograr una mejor absorción de la luz del infrarrojo cercano para penetrar en los tejidos biológicos. No se han realizado pruebas de estas nanopartículashasta ahora en células u organismos vivos.
La investigación fue apoyada por la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea y la National Science Foundation, y se informó el 31 de enero en la primera edición de la revista Actas de la Academia Nacional de Ciencias . Científicos de materiales del Instituto de Tecnología de Georgia y la Universidad Tecnológica del Sur de China fueron coautores del artículo.
"Imaginamos que estas nanopartículas de oro recubiertas con polímeros fotosensibles podrían algún día servir como nanoportadores para la entrega de medicamentos al cuerpo utilizando nuestro proceso robusto y reversible para el ensamblaje y desensamblaje", dijo Zhiqun Lin, profesor en GeorgiaEscuela Técnica de Ciencia e Ingeniería de Materiales. "Utilizado en la terapia contra el cáncer, este proceso podría aumentar el impacto de un tratamiento al calentar las células cancerosas e introducir el compuesto del fármaco en el tumor".
Bajo la luz, los ensamblajes de nanopartículas fotosensibles se separan durante un período de horas a una velocidad que puede ser controlada por la intensidad y la longitud de onda de la luz ". Debido a que el desmontaje se puede encender y apagar a voluntad, podríamos proporcionaruna liberación programada de la droga al controlar la exposición a la luz de onda corta ", agregó Lin.
Las nanopartículas peludas se fabrican alrededor de un pequeño núcleo de \ beta - ciclodextrina a partir de la cual crecen cadenas de polímeros de poli acrilacido -bloque-poli 7-metilacriloiloxi-4-metilcumarina PAA-b-PMAMC. Ese material atrae.precursores metálicos solubles en agua, que utilizan el espacio dentro de los pelos de polímero como nanoreactores para formar nanopartículas de oro.
A estas estructuras internas, que son polímeros PAA hidrófilos, los investigadores agregan pelos hechos del monómero hidrófobo MAMC. Estos materiales son sensibles a la luz y hacen que las nanopartículas se autoensamblen a través de un proceso de foto-dimerización - reticulación- cuando se somete a la luz a una longitud de onda de 365 nanómetros.
El proceso de ensamblaje se puede revertir confiablemente bajo demanda utilizando una longitud de onda más corta a 254 nanómetros.
"Una vez que las cadenas de polímeros de nanopartículas de oro adyacentes comienzan a reticularse, unen las nanopartículas mediante un proceso de autoensamblaje para generar grandes ensamblajes de nanopartículas", dijo Lin. "Este proceso es completamente reversible y puede repetirse en muchasciclos "
El equipo de investigación incorporó moléculas de tinte en las nanopartículas autoensambladas para simular lo que se podría hacer para incorporar y luego liberar agentes de quimioterapia. Un material de óxido magnético incorporado en las nanopartículas podría permitir que los ensamblajes fueran dirigidos al sitio del tumor por un dispositivo externoimán, y también podría admitir imágenes de diagnóstico.
Más allá de la actividad de las drogas, los efectos plasmónicos de las nanopartículas de oro podrían calentar las nanopartículas cuando se someten a la luz, atacando las células cancerosas a través de una segunda ruta.
Además de los posibles usos médicos, la técnica de autoensamblaje podría tener aplicaciones en óptica, optoelectrónica, tecnologías magnéticas, materiales y dispositivos de detección, catálisis y nanotecnología. La técnica también podría conducir a una nueva investigación básica en cinética de cristalización, utilizandoproceso de autoensamblaje para crear "cristales artificiales" unidos por cadenas de polímeros.
El laboratorio de Lin ha trabajado en los polímeros de bloque anfifílicos en forma de estrella durante varios años, agregando nuevas características y explorando nuevas capacidades para los sistemas de nanopartículas.
"Nuestro trabajo proporciona una estrategia de diseño que permite la manipulación tanto del bloque externo como del bloque interno de un copolímero de bloque en forma de estrella", dijo. "Nuestra contribución fundamental en este trabajo es preparar juiciosamente una estrella-copolímero de bloque conformado en el que el bloque interno tiene la capacidad de coordinarse con los precursores metálicos, mientras que el bloque externo permite que interactúen los materiales fotosensibles, lo que a su vez hace que se formen nanopartículas de oro fotosensibles para un auto reversible y confiable con luz habilitada-montaje."
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Georgia . Original escrito por John Toon. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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