Автор AZoNano 6 октября 2020 г.

Исследователи Северо-Западного университета создают сеть для наночастиц.

Команда открыла новый быстрый метод изготовления наночастиц из простого самособирающегося полимера. Новый метод открывает новые возможности для различных применений, включая очистку воды, диагностику и быстрое создание вакцин, которые обычно требуют одновременного захвата или доставки множества различных типов молекул.

Используя полимерную сеть, которая коллапсирует в наноразмерные гидрогели (или наногели), метод эффективно захватывает более 95% белков, ДНК или низкомолекулярных лекарств – по отдельности или в комбинации. Для сравнения, эффективность загрузки обычно составляет от 5% до 20% для других систем доставки наночастиц.

«Мы используем полимер, который образует широкую сетку в водном растворе», – сказал Эван А. Скотт из Northwestern, руководивший исследованием. «Затем мы заставляем сеть разрушаться. Она собирает все, что находится в растворе, с очень высокой эффективностью улавливая терапевтические средства в носителях для доставки наногелей».

«Он работает как рыболовная сеть, которая сначала расширяется из-за электростатического отталкивания, а затем сжимается при гидратации, чтобы поймать« рыбу »» добавил Фанфан Ду, научный сотрудник лаборатории Скотта.

Статья была опубликована на прошлой неделе (29 сентября) в журнале Nature Communications .

Скотт – профессор биомедицинской инженерии Кей Дэвис в инженерной школе Маккормика Северо-Западного университета. Соавторами статьи выступили профессора Северо-Запада Моника Ольвера де ла Крус и Винаяк Дравид

Молекулы, встречающиеся в природе, такие как ДНК и пептиды, могут быстро самоорганизовываться и организовываться в различные структуры. Однако имитация этого процесса с использованием полимерных систем, созданных человеком, остается ограниченной. Ранее разработанные процессы самосборки систем доставки лекарств требуют много времени, трудозатрат и их трудно масштабировать. Эти процессы также имеют тенденцию быть крайне неэффективными, достигая высшей точки в том, что небольшая часть лекарства фактически попадает в систему доставки.

«Клиническое применение самоорганизующихся наночастиц было ограничено трудностями с масштабируемостью и загрузкой больших или множественных терапевтических средств, особенно белков», Скотт сказал. «Мы представляем хорошо масштабируемый механизм, который может стабильно загружать практически любую терапевтическую молекулу с высокой эффективностью».

Команда Скотта добилась успеха, используя гомополимер полипропиленсульфона (PPSU), который хорошо растворяется в растворе диметилсульфоксида (DMSO), но образует электростатические и гидрофильные агрегаты в воде. Агрегаты являются амфифильными, что заставляет их собираться в сети и в конечном итоге разрушаться в гели.

«Добавление большего количества воды приводит к разрушению сети, что приводит к образованию наногелей», – сказал Ду. «Способ добавления воды влияет на формирование цепочки PPSU, что изменяет размер и структуру наногелей».

Атомистическое моделирование, выполненное Баофу Цяо из группы Ольвера де ла Крус, подтвердило, что наноструктуры были стабилизированы слабой сульфон-сульфоновой связью. Используя крупномасштабное моделирование, выполненное докторантом Северо-Запада Трунг Дак Нгуеном, исследователи наблюдали структуры наносетей. Это открывает новые возможности для сборки мягких материалов с помощью сульфон-сульфонового связывания.

Помимо приложений доставки лекарств, исследователи также считают, что новый метод можно использовать для очистки воды. Сеть может рухнуть, собирая загрязнители в воде, оставляя чистую воду позади.

Скотт – член Северо-Западного института Симпсона Куэрри, Института химии жизненных процессов, Междисциплинарной программы биологических наук и Комплексного онкологического центра имени Роберта Х. Лурье Северо-Западного университета. Он работает вторично в отделении микробиологии-иммунологии Медицинской школы Файнберга.

Статья «Самосборка гомополимеров полипропиленсульфоновых гидрогелей посредством динамической нековалентной сульфон-сульфоновой связи» была поддержана Министерством энергетики (номер награды DE-FG02-08ER46539). Национальные институты здравоохранения (номер гранта 1DP2HL132390-01), Национальный институт аллергии и инфекционных заболеваний (номер гранта 5R21AI137932-02), Премия CAREER Национального научного фонда (номер гранта 1453576), премия Луи А. Симпсона и Кимберли К. Премия Центра Кверри за регенеративные наномедицинские катализаторы и Фонд Шермана Фэйрчайлда

Источник: https://www.northwestern.edu/