"Walzer-Nanopartikel" könnten die Suche nach besseren Drug Delivery-Methoden vorantreiben
"Wirbeln und Drehen" von therapeutischen Nanopartikeln
Forscher der Indiana University haben entdeckt, dass sich wirkstoffabgebende Nanopartikel an ihren Zielen unterschiedlich anlagern, je nach ihrer Position, an der sie sich treffen - wie Ballsaaltänzer, die ihre Bewegungen mit der Musik ändern.
Forscher der Indiana University haben eine Partikel-Nanosonde als gesunde menschliche T-Zelle "getarnt", um den komplexen molekularen "Tanz" zu verfolgen, dem diese Partikel während der Zellbindung ausgesetzt sind.
NIAID
Ein Nanopartikel-"Tanzpaar". Das Paar wurde rot und grün gefärbt, um die molekulare Bindung unter einem Fluoreszenzmikroskop zu zeigen.
Yan Yu, Indiana University
Die Studie ist signifikant, da die "Bewegung" von therapeutischen Partikeln, wenn sie an Rezeptorstellen auf menschlichen Zellen binden, die Wirksamkeit von Medikamentenbehandlungen anzeigen könnte. Die Wirksamkeit der Immuntherapie, die das körpereigene Immunsystem zur Bekämpfung von Krankheiten wie Krebs einsetzt, hängt unter anderem davon ab, ob es gelingt, die Stärke von zellulären Bindungen "abzustimmen".
"In vielen Fällen basiert die Wirksamkeit eines Medikaments nicht darauf, ob es an einen gezielten Rezeptor auf einer Zelle bindet oder nicht, sondern darauf, wie stark es bindet", sagte Yan Yu, Assistenzprofessor am IU Bloomington College of Arts and Sciences' Department of Chemistry, der die Studie leitete. "Je besser wir diese Prozesse beobachten können, desto besser können wir nach der therapeutischen Wirksamkeit eines Medikaments suchen."
Bis zu dieser Studie dachten Forscher, dass Partikel verlangsamt und gefangen wurden, wenn sie an einen Rezeptor auf einer Zelle gebunden waren.
"Aber wir haben auch etwas Neues gesehen", sagte Yu. "Wir sahen, wie sich die Partikel unterschiedlich drehten, je nachdem, wann sie in der Bindung an ihre Rezeptoren gefangen waren."
Das hat es noch nie zuvor gegeben, denn wenn molekulare Bewegung ein Walzer ist, dann haben die Wissenschaftler nur eine einzige Tänzerin beobachtet.
Um ihre Studie durchzuführen, führte das Team von Yu Tanzpartner ein. Es handelte sich um zwei Nanopartikel - eines grün, das andere rot gefärbt -, die sich zu einem einzigen bildgebenden Marker zusammenfügen, der unter einem Fluoreszenzmikroskop sichtbar ist. Diese "Nanosonde" wurde dann mit einer Zellmembranbeschichtung aus einem T-Lymphozyten, einer weißen Blutkörperchenart, die eine Rolle im Immunsystem des Körpers spielt, getarnt.
Die beiden Farben erlaubten es den Forschern, gleichzeitig die "Rotationsbewegung" - das Kreisen an Ort und Stelle - und die "Translationsbewegung" - die Bewegung des Teilchens durch den physischen Raum - zu beobachten, bevor es an die Zelle angelagert wurde.
"Wir fanden heraus, dass die Partikel mit zufälliger Rotation begannen, sich in eine Schaukelbewegung bewegten, dann in eine Kreisbewegung und schließlich in eine eingeschränkte Kreisbewegung", sagte Yu. "Die Beobachtung dieses weiten Bereichs der Drehbewegung - und der Übergang von einer Form zur nächsten zu verschiedenen Zeitpunkten - ist völlig neu."
Darüber hinaus konnten die Forscher damit beginnen, diese verschiedenen Bewegungen mit unterschiedlichen Bindungsstärken zu verbinden.
Die Gruppe entschied sich dafür, die synthetischen Partikel mit Zellmembranen zu "tarnen", da diese Partikel vom Immunsystem des Körpers nicht wie herkömmliche synthetische Partikel als Fremdobjekte eliminiert werden. Durch die Verwendung körpereigener Zellmembranen entfällt auch die Notwendigkeit, komplizierte Oberflächenmerkmale zu entwerfen, die sich an bestimmte Zellen binden, da sie bereits in den vorhandenen Membranen vorhanden sind.
Das Überwachen des "Walzers" von getarnten T-Lymphozyten, um ihre gezielte Bindung an Tumorzellen zu verstehen, ist die nächste Phase ihrer Forschung, sagte Yu.
Originalveröffentlichung
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