Свет определенной длины волны заставляет наночастицы собираться и разбираться по требованию, позволяя динамическую организацию наночастиц для интеллектуального высвобождения лекарств in vitro. Включая химиотерапевтические молекулы в структуры наночастиц, когда они собраны, молекулы могут быть втянуты в опухоли, а затем высвобождены с применением света с более короткой длиной волны, который запускает разборку через фоторасщепление.В дополнение к такой динамической самосборке и разборке, инкапсуляция и высвобождение химиотерапевтических молекул также может быть достигнута за счет обратимого ковалентного связывания противораковых препаратов с полимерными «волосками», расположенными на поверхности наночастиц. И, поглощая тот же свет, который вызывает высвобождение лекарства, наночастицы золота также могут нагревать раковые клетки, обеспечивая двойной удар.
В широком диапазоне других применений процесс самосборки наночастиц также может быть вызван факторами окружающей среды, включая температуру, pH или полярность растворителя, за счет рационального конструирования полимерных волосков. В этом исследовании использовались наночастицы золота, но в процессе также можно было создавать самособирающиеся наночастицы из различных металлов и оксидов металлов. За счет адаптации поверхности наночастиц водопоглощающих полимеров, содержащих компоненты, чувствительные к ближнему инфракрасному излучению, высвобождение лекарственного средства можно было осуществлять in vivo.Сферические наночастицы золота можно заменить наноматериалами более сложной формы, такими как полые наночастицы, наностержни или нанотрубки, чтобы обеспечить лучшее поглощение ближнего инфракрасного света для проникновения в биологические ткани.
До сих пор испытания этих наночастиц на живых клетках или организмах не проводились.Исследование было поддержано Управлением научных исследований ВВС и Национальным научным фондом, и 31 января о нем было сообщено в раннем выпуске журнала Proceedings of the National Academy of Sciences.
Соавторами статьи выступили материаловеды из Технологического института Джорджии и Южно-Китайского технологического университета.«Мы предполагаем, что эти фоточувствительные покрытые полимером золотые наночастицы однажды могут служить наноносителями для доставки лекарств в организм с использованием нашего надежного и обратимого процесса сборки и разборки», — сказал Чжицюнь Линь, профессор Технологической школы Джорджии. материаловедения и инженерии. «Используемый в терапии рака, этот процесс может усилить воздействие лечения за счет нагревания раковых клеток при введении лекарственного соединения в опухоль».Под действием света сборки фоточувствительных наночастиц разделяются в течение нескольких часов со скоростью, которой можно управлять с помощью интенсивности и длины волны света. «Поскольку разборку можно включать и выключать по желанию, мы можем обеспечить высвобождение лекарства по времени, контролируя воздействие коротковолнового света», — добавил Линь.Волосатые наночастицы изготавливаются вокруг крошечной сердцевины α-циклодекстрина, из которой вырастают полимерные цепи поли (акриловая кислота) -блок-поли (7-метилакрилоилокси-4-метилкумарин) (PAA-b-PMAMC).
Этот материал привлекает водорастворимые предшественники металлов, которые используют пространство внутри полимерных волосков в качестве нанореакторов для образования наночастиц золота.К этим внутренним структурам, которые представляют собой гидрофильные полимеры PAA, исследователи добавляют волосы, сделанные из гидрофобного мономера MAMC.
Эти материалы чувствительны к свету и вызывают самосборку наночастиц в процессе фотодимеризации — сшивки — под воздействием света с длиной волны 365 нанометров.При необходимости процесс сборки можно надежно изменить, используя более короткую длину волны 254 нм.«Как только полимерные цепи из соседних наночастиц золота начинают фото-сшивание, они объединяют наночастицы вместе посредством процесса самосборки для создания больших сборок наночастиц», — сказал Линь. «Этот процесс полностью обратим и может повторяться во многих циклах».
Исследовательская группа включила молекулы красителя в самособирающиеся наночастицы, чтобы смоделировать, что можно сделать для включения и последующего высвобождения химиотерапевтических агентов. Магнитный оксидный материал, включенный в наночастицы, может позволить направлять сборки к месту опухоли с помощью внешнего магнита, а также может поддерживать диагностическую визуализацию.Помимо активности лекарств, плазмонные эффекты наночастиц золота могут нагревать наночастицы, когда они подвергаются воздействию света, атакуя раковые клетки вторым путем.
Помимо потенциальных медицинских применений, метод самосборки может найти применение в оптике, оптоэлектронике, магнитных технологиях, чувствительных материалах и устройствах, катализе и нанотехнологиях. Этот метод может также привести к новым фундаментальным исследованиям кинетики кристаллизации, используя процесс самосборки для создания «искусственных кристаллов», удерживаемых вместе полимерными цепями.
Лаборатория Линь работала над амфифильными звездообразными блок-полимерами в течение нескольких лет, добавляя новые функции и исследуя новые возможности для систем наночастиц.«Наша работа обеспечивает стратегию проектирования, которая позволяет манипулировать как внешним блоком, так и внутренним блоком звездообразного блочного сополимера», — сказал он. «Наш фундаментальный вклад в эту работу состоит в том, чтобы разумно подготовить звездообразный блок-сополимер, в котором внутренний блок имеет способность координироваться с металлическими прекурсорами, в то время как внешний блок позволяет светочувствительным материалам взаимодействовать, что, в свою очередь, способствует созданию светочувствительных наночастиц золота для обратимой и надежной самосборки под действием света ».