Исследование возглавили Рави Радхакришнан, профессор кафедры биоинженерии, химической и биомолекулярной инженерии Школы инженерии и прикладных наук Пенна, и Рамакришнан Натесан, член его лаборатории.Также участие в исследовании внесли Ричард Турдо, сотрудник лаборатории Радхакришнана; Дэвид Экманн, профессор анестезиологии и реанимации Горацио К. Вуда в Медицинской школе Перельмана Пенна; Портоново Айясвами, профессор машиностроения и прикладной механики Университета Пенсильвании Аса Уитни; Владимир Музыкантов, профессор фармакологии Penn Medicine.Он был опубликован в журнале Royal Society Open Science.
Наноносители могут быть сконструированы с молекулами на внешней стороне, которые связываются только с биомаркерами, обнаруженными на определенном типе клеток. Этот тип нацеливания может уменьшить побочные эффекты, например, когда химиотерапевтические препараты разрушают здоровые клетки, а не раковые, но биомеханика этого процесса связывания сложна.Предыдущая работа некоторых исследователей выявила противоречащую интуиции взаимосвязь, которая предполагала, что добавление большего количества молекул-мишеней на поверхность наноносителя не всегда лучше.Наноноситель с большим количеством нацеленных молекул может обнаруживать и связываться со многими соответствующими биомаркерами одновременно.
Хотя такая конфигурация стабильна, она может снизить способность наноносителя различать здоровые и больные ткани. Меньшее количество нацеливающих молекул делает наноноситель более селективным, так как ему будет труднее связываться со здоровой тканью, где соответствующие биомаркеры не чрезмерно экспрессируются.Новое исследование команды добавляет новые измерения к модели взаимодействия между клеточной поверхностью и наноносителем.«Сама поверхность камеры похожа на палатку каравана в ветреный день в пустыне», — сказал Радхакришнан. «Чем больше избыток ткани, тем сильнее трепещет палатка.
Точно так же, чем больше избыточная площадь клеточной мембраны на« полюсах палатки », цитоскелете клетки, тем сильнее дрожание мембраны из-за теплового движения».Команда Пенна обнаружила, что разные типы клеток имеют разную величину этой избыточной площади мембраны и что этот механический параметр определяет, насколько хорошо наноносители могут связываться с клеткой. Учет колебания мембраны в их компьютерных моделях, в дополнение к количеству нацеленных молекул на наноноситель и биомаркеров на поверхности клетки, подчеркнул важность этих механических аспектов в том, насколько эффективно наноносители могут доставлять свои полезные нагрузки.«Эти критерии дизайна, — сказал Радхакришнан, — могут быть использованы при разработке индивидуальных наноносителей для данного пациента или группы пациентов, тем самым показывая важный путь вперед в разработке нестандартных наноносителей в эпоху персонализированной медицины».
Исследование было поддержано Национальным научным фондом через гранты DMR-1120901, CBET-1236514 и MCB060006, а также Национальными институтами здравоохранения через гранты U01EB016027, 1R01EB006818-05, HL125462 и HL087936.